copy of surse neconventionale de aliment are cu energie electrica nou

121
SURSE NECONVENTIONALE DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA 1.SOLUTII DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA Transmisia energiei electrice sau "de înaltă tensiune" este transferul mai mare a energiei electrice, de la generatoare de centrale electrice la staţii situate în apropiere de centrele de populaţie. Aceasta este distinctă de cablajul local între staţiile de înaltă tensiune şi a clienţilor, care este de obicei menţionată ca distribuţie a energiei electrice. Liniile de transmisie, atunci când sunt interconectate unele cu altele, devin reţelele de înaltă tensiune de transport. În Statele Unite, acestea sunt de obicei denumite în continuare "reţelelor electrice", sau, uneori, pur şi simplu ca "reţea", în timp ce în Marea Britanie de reţea este cunoscut sub numele de "reţeaua naţională." America de Nord are trei grile majore: cea de Vest; interconectare de Est şi cea de vest sau Fiabilitatea Electrica a Consiliului din Texas (sau ERCOT) grilă. Din punct de vedere istoric, liniile de transport şi de distribuţie au fost deţinute de aceeaşi companie, dar în ultimul deceniu atât de multe ţări au introdus reforme de piaţă care au condus la separarea activităţii de transport de energie electrică de distribuţie de afaceri.

Upload: alexandra-hitruc

Post on 27-Jun-2015

456 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

SURSE NECONVENTIONALE DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA

1SOLUTII DE ALIMENTARE CU ENERGIE ELECTRICA

Transmisia energiei electrice sau de icircnaltă tensiune este transferul mai mare a energiei

electrice de la generatoare de centrale electrice la staţii situate icircn apropiere de centrele de

populaţie Aceasta este distinctă de cablajul local icircntre staţiile de icircnaltă tensiune şi a clienţilor

care este de obicei menţionată ca distribuţie a energiei electrice Liniile de transmisie atunci cacircnd

sunt interconectate unele cu altele devin reţelele de icircnaltă tensiune de transport Icircn Statele Unite

acestea sunt de obicei denumite icircn continuare reţelelor electrice sau uneori pur şi simplu ca

reţea icircn timp ce icircn Marea Britanie de reţea este cunoscut sub numele de reţeaua naţională

America de Nord are trei grile majore cea de Vest interconectare de Est şi cea de vest sau

Fiabilitatea Electrica a Consiliului din Texas (sau ERCOT) grilă

Din punct de vedere istoric liniile de transport şi de distribuţie au fost deţinute de aceeaşi

companie dar icircn ultimul deceniu atacirct de multe ţări au introdus reforme de piaţă care au condus la

separarea activităţii de transport de energie electrică de distribuţie de afaceri

Linii de distributie utilizează cea mai mare parte de curent alternativ trifazat (AC) deşi

AC monofazate este uneori utilizat icircn sistemele de electrificare feroviare Tehnologia de curent

de icircnaltă tensiune (HVDC) este tehnologia utilizată doar pentru distanţe foarte lungi (de obicei

mai mare de 400 mile sau 600 km) cabluri de putere submarine (de obicei mai mult de 30 mile

sau 50 km) sau pentru conectarea a două reţele de curent alternativ care nu sunt sincronizate

Energia electrică este transmisa la tensiuni mari (110 kV sau mai sus) pentru a reduce

energia pierdută icircn transmiterea la distanta Puterea este de obicei transmisa prin intermediul

liniilor electrice aeriene Transmisie de putere subterane au un cost semnificativ mai mare şi mai

mare limitări operaţionale dar este utilizat uneori icircn zone urbane sau locaţii sensibile

LEA de transport

Conductori de icircnaltă tensiune aeriene nu sunt acoperite de izolare Materialul conductor

este aproape icircntotdeauna un aliaj de aluminiu a făcut icircn şuviţe mai multe şi eventual armate cu

fire de oţel Cupru a fost folosit uneori pentru transmiterea energiei pe cale aeraena dar este mai

mic icircn greutate pentru performanţe echivalente şi mult mai ieftin Conductoare aeriene sunt un

bun furnizate de către mai multe companii din icircntreaga lume Icircmbunătăţirea material conductor şi

formele sale sunt folosite icircn mod regulat pentru a permite creşterea capacităţii şi modernizare a

circuitelor de transmisie Conductorii de dimensiuni variaza de la 12 mm patrati ( 6 ecartament

sacircrmă american) la 750 mm patrati (1590000 mile suprafaţa circulară ) cu diferite capacitati de

rezistenţă şi de curent electric Fire mai groase ar conduce la o creştere relativ mică a capacităţii

ca urmare a efectului de piele care provoacă cele mai multe fluctuatii ale curentelor de aproape

de suprafata de sarma

Adiacent Statele Unite ale reţelei de transmisie a puterii constă de 300000 de km de linii operate

de 500 de companii

Astăzi tensiuni la nivel de transmisie sunt de obicei considerate a fi 110 kV şi mai sus

Tensiuni mai mici cum ar fi 66 kV şi 33 kV sunt considerate de obicei sub-tensiuni de

transmitere dar sunt folosite ocazional pe linii lungi cu sarcini uşoare Tensiunile mai puţin de 33

kV sunt de obicei folosite pentru distribuire Tensiunile mai inalte 230 kV sunt considerate de

foarte icircnaltă tensiune şi necesită modele diferite icircn comparaţie cu echipamentul folosit la tensiuni

mai mici

Deoarece linii electrice aeriene de transport sunt neizolate modelul de aceste linii

necesită distanţele minime care trebuie respectate pentru a menţine siguranţa Condiţiile climatice

nefavorabile de vacircnt puternic şi temperaturi scăzute poate duce la pene de curent viteze ale

vacircntului cacirct mai scăzut de 23 noduri (43 km h) poate permite să atenteze conductoare

autorizaţiile de operare rezultacircnd icircntr-o conturnare şi pierdere de aprovizionare Mişcare de

oscilaţie a liniei fizice poate fi numit galop sau flutter icircn funcţie de frecvenţa şi amplitudinea de

oscilaţie

Transmisia subterana

Energie electrică pot fi de asemenea transmisa prin cabluri electrice subterane icircn loc de

linii electrice aeriene Ele pot ajuta la transmiterea puterii icircntre

bull zonele urbane dens populate

bull zonele unde terenul nu este disponibilă sau acordul de planificare este dificil

bull racircuri şi alte obstacole naturale

bull teren cu patrimoniul naturale deosebite sau de mediu

bull domeniile de dezvoltare a infrastructurii semnificative sau de prestigiu

bull terenuri a căror valoare trebuie să fie menţinute pentru a expansiunii urbane viitoare şi

dezvoltare rurală

Unele alte avantaje de cabluri electrice subterane bull mai puţine daune cauzate de condiţiile meteorologice severe (icircn principal fulgere vacircnt)

bull emisiefoarte multe icircn zona icircnconjurătoare de cacircmpuri electromagnetice (EMF) bull cabluri subterane nevoie de o facircşie icircngustă icircnconjoară de aproximativ 10-10 de metri instalata icircn timp ce o linie aeriană necesită o bandă care icircnconjoară de aproximativ 2-20 metri lăţime să fie menţinuţi icircn permanenţă clar pentru siguranţă icircntreţinere şi reparaţii bull cabluri subterane nu prezintă niciun pericol pentru aeronavele mici care zboară sau faunei sălbatice şi sunt semnificativ mai sigure ca acestea le prezintă nici un pericol de electrocutare bull sunt mult mai puţin supuse la furt conexiuni ilegale sabotaj şi daune de la conflictele armate

Unele dezavantaje ale cablurilor electrice subterane

bull ingroparea este mai scump deoarece costul de icircngropare cablurile de tensiuni de

transport este de cacircteva ori mai mare decacirct linii electrice aeriene precum şi costul ciclului de

viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice

aeriene

bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore

reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse

bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute

direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi

bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane

produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu

Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de

icircntreţinere mai scumpe şi de management

Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn

prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea

o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei

optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu

ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta

plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar

permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi

cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară

largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu

toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn

timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn

ultimele decenii

PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA

ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE

Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn

primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte

Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei

electrice la distanţe apreciabile

Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice

Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere

considerabilă a consumului de energie

Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor

lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit

independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de

producţie

Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat

necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie

nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate

de la sursă la locurile de consum

Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a

primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei

electrice la distanţă

Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui

nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest

domeniu devin electrotehnicieni

Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare

datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale

energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie

Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la

utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin

transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ

intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)

Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii

unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există

stocată icircn stare naturală şi centrele de consum

Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie

rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de

mai mulţi factori şi anume

- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a

energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)

- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite

Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 2: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

LEA de transport

Conductori de icircnaltă tensiune aeriene nu sunt acoperite de izolare Materialul conductor

este aproape icircntotdeauna un aliaj de aluminiu a făcut icircn şuviţe mai multe şi eventual armate cu

fire de oţel Cupru a fost folosit uneori pentru transmiterea energiei pe cale aeraena dar este mai

mic icircn greutate pentru performanţe echivalente şi mult mai ieftin Conductoare aeriene sunt un

bun furnizate de către mai multe companii din icircntreaga lume Icircmbunătăţirea material conductor şi

formele sale sunt folosite icircn mod regulat pentru a permite creşterea capacităţii şi modernizare a

circuitelor de transmisie Conductorii de dimensiuni variaza de la 12 mm patrati ( 6 ecartament

sacircrmă american) la 750 mm patrati (1590000 mile suprafaţa circulară ) cu diferite capacitati de

rezistenţă şi de curent electric Fire mai groase ar conduce la o creştere relativ mică a capacităţii

ca urmare a efectului de piele care provoacă cele mai multe fluctuatii ale curentelor de aproape

de suprafata de sarma

Adiacent Statele Unite ale reţelei de transmisie a puterii constă de 300000 de km de linii operate

de 500 de companii

Astăzi tensiuni la nivel de transmisie sunt de obicei considerate a fi 110 kV şi mai sus

Tensiuni mai mici cum ar fi 66 kV şi 33 kV sunt considerate de obicei sub-tensiuni de

transmitere dar sunt folosite ocazional pe linii lungi cu sarcini uşoare Tensiunile mai puţin de 33

kV sunt de obicei folosite pentru distribuire Tensiunile mai inalte 230 kV sunt considerate de

foarte icircnaltă tensiune şi necesită modele diferite icircn comparaţie cu echipamentul folosit la tensiuni

mai mici

Deoarece linii electrice aeriene de transport sunt neizolate modelul de aceste linii

necesită distanţele minime care trebuie respectate pentru a menţine siguranţa Condiţiile climatice

nefavorabile de vacircnt puternic şi temperaturi scăzute poate duce la pene de curent viteze ale

vacircntului cacirct mai scăzut de 23 noduri (43 km h) poate permite să atenteze conductoare

autorizaţiile de operare rezultacircnd icircntr-o conturnare şi pierdere de aprovizionare Mişcare de

oscilaţie a liniei fizice poate fi numit galop sau flutter icircn funcţie de frecvenţa şi amplitudinea de

oscilaţie

Transmisia subterana

Energie electrică pot fi de asemenea transmisa prin cabluri electrice subterane icircn loc de

linii electrice aeriene Ele pot ajuta la transmiterea puterii icircntre

bull zonele urbane dens populate

bull zonele unde terenul nu este disponibilă sau acordul de planificare este dificil

bull racircuri şi alte obstacole naturale

bull teren cu patrimoniul naturale deosebite sau de mediu

bull domeniile de dezvoltare a infrastructurii semnificative sau de prestigiu

bull terenuri a căror valoare trebuie să fie menţinute pentru a expansiunii urbane viitoare şi

dezvoltare rurală

Unele alte avantaje de cabluri electrice subterane bull mai puţine daune cauzate de condiţiile meteorologice severe (icircn principal fulgere vacircnt)

bull emisiefoarte multe icircn zona icircnconjurătoare de cacircmpuri electromagnetice (EMF) bull cabluri subterane nevoie de o facircşie icircngustă icircnconjoară de aproximativ 10-10 de metri instalata icircn timp ce o linie aeriană necesită o bandă care icircnconjoară de aproximativ 2-20 metri lăţime să fie menţinuţi icircn permanenţă clar pentru siguranţă icircntreţinere şi reparaţii bull cabluri subterane nu prezintă niciun pericol pentru aeronavele mici care zboară sau faunei sălbatice şi sunt semnificativ mai sigure ca acestea le prezintă nici un pericol de electrocutare bull sunt mult mai puţin supuse la furt conexiuni ilegale sabotaj şi daune de la conflictele armate

Unele dezavantaje ale cablurilor electrice subterane

bull ingroparea este mai scump deoarece costul de icircngropare cablurile de tensiuni de

transport este de cacircteva ori mai mare decacirct linii electrice aeriene precum şi costul ciclului de

viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice

aeriene

bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore

reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse

bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute

direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi

bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane

produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu

Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de

icircntreţinere mai scumpe şi de management

Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn

prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea

o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei

optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu

ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta

plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar

permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi

cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară

largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu

toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn

timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn

ultimele decenii

PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA

ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE

Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn

primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte

Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei

electrice la distanţe apreciabile

Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice

Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere

considerabilă a consumului de energie

Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor

lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit

independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de

producţie

Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat

necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie

nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate

de la sursă la locurile de consum

Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a

primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei

electrice la distanţă

Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui

nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest

domeniu devin electrotehnicieni

Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare

datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale

energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie

Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la

utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin

transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ

intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)

Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii

unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există

stocată icircn stare naturală şi centrele de consum

Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie

rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de

mai mulţi factori şi anume

- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a

energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)

- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite

Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 3: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Deoarece linii electrice aeriene de transport sunt neizolate modelul de aceste linii

necesită distanţele minime care trebuie respectate pentru a menţine siguranţa Condiţiile climatice

nefavorabile de vacircnt puternic şi temperaturi scăzute poate duce la pene de curent viteze ale

vacircntului cacirct mai scăzut de 23 noduri (43 km h) poate permite să atenteze conductoare

autorizaţiile de operare rezultacircnd icircntr-o conturnare şi pierdere de aprovizionare Mişcare de

oscilaţie a liniei fizice poate fi numit galop sau flutter icircn funcţie de frecvenţa şi amplitudinea de

oscilaţie

Transmisia subterana

Energie electrică pot fi de asemenea transmisa prin cabluri electrice subterane icircn loc de

linii electrice aeriene Ele pot ajuta la transmiterea puterii icircntre

bull zonele urbane dens populate

bull zonele unde terenul nu este disponibilă sau acordul de planificare este dificil

bull racircuri şi alte obstacole naturale

bull teren cu patrimoniul naturale deosebite sau de mediu

bull domeniile de dezvoltare a infrastructurii semnificative sau de prestigiu

bull terenuri a căror valoare trebuie să fie menţinute pentru a expansiunii urbane viitoare şi

dezvoltare rurală

Unele alte avantaje de cabluri electrice subterane bull mai puţine daune cauzate de condiţiile meteorologice severe (icircn principal fulgere vacircnt)

bull emisiefoarte multe icircn zona icircnconjurătoare de cacircmpuri electromagnetice (EMF) bull cabluri subterane nevoie de o facircşie icircngustă icircnconjoară de aproximativ 10-10 de metri instalata icircn timp ce o linie aeriană necesită o bandă care icircnconjoară de aproximativ 2-20 metri lăţime să fie menţinuţi icircn permanenţă clar pentru siguranţă icircntreţinere şi reparaţii bull cabluri subterane nu prezintă niciun pericol pentru aeronavele mici care zboară sau faunei sălbatice şi sunt semnificativ mai sigure ca acestea le prezintă nici un pericol de electrocutare bull sunt mult mai puţin supuse la furt conexiuni ilegale sabotaj şi daune de la conflictele armate

Unele dezavantaje ale cablurilor electrice subterane

bull ingroparea este mai scump deoarece costul de icircngropare cablurile de tensiuni de

transport este de cacircteva ori mai mare decacirct linii electrice aeriene precum şi costul ciclului de

viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice

aeriene

bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore

reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse

bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute

direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi

bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane

produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu

Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de

icircntreţinere mai scumpe şi de management

Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn

prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea

o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei

optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu

ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta

plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar

permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi

cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară

largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu

toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn

timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn

ultimele decenii

PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA

ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE

Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn

primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte

Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei

electrice la distanţe apreciabile

Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice

Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere

considerabilă a consumului de energie

Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor

lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit

independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de

producţie

Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat

necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie

nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate

de la sursă la locurile de consum

Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a

primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei

electrice la distanţă

Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui

nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest

domeniu devin electrotehnicieni

Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare

datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale

energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie

Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la

utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin

transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ

intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)

Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii

unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există

stocată icircn stare naturală şi centrele de consum

Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie

rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de

mai mulţi factori şi anume

- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a

energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)

- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite

Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 4: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

viaţă a unui cablu subteran de alimentare este de două pacircnă la patru ori costul unei linii electrice

aeriene

bull icircntrucacirct găsirea şi repararea cablurilor suspendate de sacircrmă pot fi realizata icircn ore

reparaţii subteran poat dura zile sau săptămacircni şi din acest motiv linii redundante sunt conduse

bull subteran cablurile de alimentare datorită apropierii lor de pe pămacircnt nu pot fi menţinute

direct icircn timp ce cablurile electrice aeriene poat fi

bull operatiunile sunt mai dificile deoarece putere reactivă mare a cablurilor subterane

produce curenţi mari de icircncărcare şi face astfel un control al tensiunei mai greu

Avantaje pot icircn unele cazuri depăşesc dezavantajele din costul investiţiei mai mare şi de

icircntreţinere mai scumpe şi de management

Cele mai multe cabluri de icircnaltă tensiune de transmitere a curentului care sunt vacircndute icircn

prezent pe piaţă sunt izolate cu un icircnveliş de polietilenă reticulată (XLPE) Unele cabluri pot avea

o jacheta plumb sau aluminiu icircn combinaţie cu izolaţia XLPE pentru a permite integrarea fibrei

optice sa fie integrata icircn cablu Inainte de 1960 cablurile subterane de energie au fost izolate cu

ulei şi hacircrtie şi a bagate icircntr-o ţeavă de oţel rigid o folie de aluminiu sau semi-rigida sau jacheta

plumb sau manta Uleiul a fost ţinut sub presiune pentru a preveni formarea de goluri care ar

permite descărcări parţiale icircn izolaţia cablului Există icircncă multe dintre aceste ulei-hacircrtie şi

cabluri izolate icircn uz la nivel mondial Icircntre 1960 şi 1990 polimeri a devenit mai utilizate pe scară

largă la tensiuni de distribuţie cea mai mare parte EPDM (etilen propilen dienă M-clasă) cu

toate acestea lipsa de fiabilitate relativă a acestora a dus la o transmisie lentă de tensiuni Icircn

timp ce cablurile de 330 kV sunt de obicei construite folosind XLPE acest lucru a apărut doar icircn

ultimele decenii

PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA

ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE

Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn

primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte

Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei

electrice la distanţe apreciabile

Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice

Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere

considerabilă a consumului de energie

Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor

lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit

independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de

producţie

Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat

necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie

nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate

de la sursă la locurile de consum

Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a

primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei

electrice la distanţă

Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui

nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest

domeniu devin electrotehnicieni

Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare

datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale

energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie

Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la

utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin

transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ

intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)

Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii

unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există

stocată icircn stare naturală şi centrele de consum

Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie

rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de

mai mulţi factori şi anume

- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a

energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)

- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite

Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 5: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

PRODUCEREA TRANSPORTUL DISTRIBUŢIA

ŞI UTILIZAREA ENERGIEI ELECTRICE

Pentru a putea fi utilizată la consumator energia sub formă de energie electrică trebuie icircn

primul racircnd obţinută din alte forme de energie şi apoi distribuită fiecărui consumator icircn parte

Datorită unor considerente practice şi tehnice a apărut şi problema transportului energiei

electrice la distanţe apreciabile

Evolutia producerii transportului distribuţiei si utilizarii energiei electrice

Dezvoltarea industrială şi agricolă din ultimele două secole a determinat o creştere

considerabilă a consumului de energie

Dacă la icircnceput necesităţile reduse de energie determinau amplasarea consumatorilor

lacircngă sursele de energie (eoliană hidraulică) introducerea maşinilor cu abur a mărit

independenţa omului de formele de energie (vacircnt apă) şi puterile utilizate icircn procesele de

producţie

Constituirea unor centre industriale şi asigurarea acestora cu resurse de energie a determinat

necesitatea transportului acestor resurse deoarece centrele de consum şi cele cu surse de energie

nu coincideau A apărut astfel problema găsirii căilor prin care aceste resurse să fie transportate

de la sursă la locurile de consum

Unele descoperiri ale ştiinţei au permis realizarea primelor surse de energie electrică a

primelor receptoare de energie electrică şi apoi a tuturor instalaţiilor de transmitere a energiei

electrice la distanţă

Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui

nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest

domeniu devin electrotehnicieni

Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare

datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale

energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie

Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la

utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin

transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ

intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)

Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii

unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există

stocată icircn stare naturală şi centrele de consum

Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie

rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de

mai mulţi factori şi anume

- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a

energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)

- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite

Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 6: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Bazele teoretice ale noului domeniu ce icircncepea să se dezvolte a impus constituirea unui

nou capitol al fizicii electricitatea iar ulterior electrotehnica Fizicienii specializaţi icircn acest

domeniu devin electrotehnicieni

Electroenergetica a icircnvins iniţial icircn competiţia cu celelalte sisteme energetice icircn mare

datorită iluminatului electric regele abur a fost icircnvins şi datorită celorlalte avantaje ale

energiei electrice icircn comparaţie cu celelalte forme de energie

Necesitatea formarii unui SISTEM ELECTROENERGETIC

Pentru ca energia icircn forma ei cea mai evoluată energia electrică să poată fi asigurată la

utilizator (consumatori) trebuie icircn primă instanţă să fie produsă icircn centrale electrice prin

transformarea energiei primare (din combustibili fosili atomică căderi de apăetc) printr-un lanţ

intermediar de transformări icircn forme intermediare de energie(calorică mecanică de rotaţie)

Aşa cum este cunoscut stocurile de energie primară se află de regulă icircn locuri improprii

unor amplasări urbane şi ca urmare este necesar transportul energiei icircntre locul icircn care există

stocată icircn stare naturală şi centrele de consum

Dacă transportul energiei reprezintă o necesitate problema următoare care trebuie

rezolvată este sub ce formă este rentabil să fie transportată această energie Soluţia depinde de

mai mulţi factori şi anume

- posibilitatea transportării energiei primare este evident că transportul la distanţă a

energiei potenţiale a căderilor de apă este practic imposibil

- transportul la distanţe mari a combustibililor fosili nu este rentabil atacirct timp cacirct randamentul transportului energiei fără transport de masă (sub formă de unde electromagnetice)

- icircn cazul centralelor electrice nucleare deşi energia primară este uşor de transportat necesitatea unei surse mari de apă şi problemele de securitate impun amplasarea acestora icircn zone bine definite

Fie şi numai pe seama acestor argumente globale rezultă că forma sub care energia este cel mai rentabil să fie transportată este cea electrică

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 7: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Ca urmare icircntre centralele electrice (centre icircn care energia primară se transformă icircn energie electrică) şi centrele de consum au apărut căile de transport a energiei electrice reţelele electrice de transport (RET) fig15

Fig15

Amploarea şi structura RET depinde de cantitatea de energie electrică transportată distanţele la

care se transportă siguranţă icircn funcţionareetc

La racircndul lor centrele de consum pot fi mai mult sau mai puţin concentrate centre urbane

cu platforme industriale consumatori casnici-edilitare pe de o parte concentraţi icircn edificii iar pe

de altă parte desfăşuraţi pe aria geografică a aglomerării urbane concentrări rurale unde

densitatea consumului de energie este mai mică Icircn cazul unui mare consumator industrial icircn

perimetrul acestuia pot fi distribuiţi mai mulţi consumatori

Rezultă din cele de mai sus că cel puţin icircn cazul centrelor urbane şi a consumatorilor

industrialidupă ce energia electrică a fost transportată pacircnă laldquointrarea icircn acesteardquo icircn perimetrul

acestora ldquo se impune ldquo distribuirea ei pentru alimentarea fiecărui consumator (edificiu casnic

edilitar consumator industrialetc)cu ajutorul reţelelor electrice de distribuţie (RED)

Deci RED pot fi atacirct ale furnizorului de energie electrică(ELECTRICA) icircn cazul centrelor

urbane dar şi ale beneficiarului icircn cazul unor consumatori finali industriali sau similari

importanţi

Evident şi icircn acest caz amploarea şi configuraţia RED depinde de configuraţia centrului

de consum energia tranzitată siguranţa icircn funcţionare ce trebuie asigurată cerinţe legate de

confort ambietal etc

Retele electrice de

TRANSPORT

Centrale

ELECTRICE

Centre de

CONSUM

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 8: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE

DE JOASĂ TENSIUNE

Datorită succesiunii fireşti a procesului de producere transport şi distribuţie a energiei

electrice icircn cadrul unui sistem electroenergetice (SE) sursa de energie electrică pentru RED-JT o

reprezintă secundarul transformatorului dintr-un post de transformare [11] Postul de

transformare (PT) reprezintă forma particulară a unei staţii de transformare a cărei tensiune de pe

partea de icircnaltă (primară) fig81 face parte din clasa reţelelor de medie tensiune iar cea de pe

partea de joasă tensiune (secundară) face parte din clasa reţelei de joasă tensiune

Icircn cazul unor consumatori izolaţi (cabane organizări de şantier staţii de retransmisie

radio-TV)care nu pot fi alimentaţi din sistemul electroenergetic sau icircn cazul unor consumatori

care din cerinţe de asigurare a continuităţii icircn alimentare icircşi prevăd sursă de rezervă de icircnlocuire

se poate utiliza ca sursă de alimentare pentru o RE-JT un generator electric trifazat antrenat de

un motor cu ardere internă (grup electrogen)

Consumatorii care au receptori vitali de care depinde siguranţa utilizatorilor trebuie să-şi

prevadă sursă de siguranţă [8] care să asigure neitreruptibilitatea acestor receptori Aceasta

cerinţă poate fi asigurată NUMAI cu surse ce icircnglobeaza o baterie de acumulatori şi o reţea

electrică a cărei configuraţie să permită insularizarea (separarea) receptorilor de categorii diferite

TRAFO

ID-MT

RED-

MT

MMmmMT

REDA-JT

ID-JT TD TGFig 81

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 9: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

POSTUL DE TRANSFORMARE

Consideraţii generale

Icircn categoria posturilor de transformare (PT) sunt cuprinse toate construcţiile şi

echipamentul electromecanic menit să transforme tensiunea la care se tranzitează energia

electrică de la valori incluse icircn clasa reţelelor electrice de medie tensiune la valori incluse

icircn clasa reţelelor electrice de joasă tensiune PT asiguracircnd legătura icircntre cele două clase de reţele

electrice

Ca urmare prezenţa unui post de transformare icircn aria geografică a unei aşezări are două

implicaţii

- una determinată de prezenţa fizică icircn spaţiul construit

- şi o alta legată de rolul funcţional respectiv asigurarea tranzitului de putere

din reţeaua electrică de medie tensiune către cea de joasa tensiune

Ansamblul definit ca post de transformare are deci două componente

principale respectiv

-partea constructivă reprezentătă de suportul icircn care şi pe care sunt susţinute

componentele celei de a două părţi adoptarea soluţiei de realizare (supraterane subterane sau

aeriene)fiind determinată de considerente economice arhitecturale de spaţiu disponibiletc

respectiv

-echiparea electro-mecanică constituită din materialele şi aparatele prin care este

tranzitată energia electrică şi accesoriile necesare acestui scop adoptarea soluţiei fiind

determinată de considerente economice soluţie constructivă dar icircn special de cerinţele legate de

continuitatea icircn alimentare

GRUPUL ELECTROGEN

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 10: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Grupurile electrogene sunt surse care se instalează la consumatorii pentru alimentarea de

bază (consumatori izolaţi cabane şantiere icircn fază iniţială etc) sau ca surse de rezervă de

inlocuire Această ultimă soluţie se aplică icircn cazul consumatorilor care au receptori de categoria

zero sau 1 ce necesită un nivel de siguranţă ridicat icircn alimentare care nu poate fi asigurat prin

alimentarea din SE (sistemul extern[11]) Din această categorie fac parte receptorii vitali

Grupul electrogen- sursă de rezervă de icircnlocuire

Receptorii vitali care trebuiesc prevăzuţi cu alimentare de rezervă locală ( sursa electrică

de icircnlocuire) se icircmpart icircn două categorii

- receptori care nu admit icircntreruperi icircn alimentare mai mari de o secundă

- receptori care admit icircntreruperi icircn alimentare cu durate de 1-5 minute

Alimentarea icircn caz de indisponibilitate a sistemului extern (alimentarea de baza) a

primei categorii de receptori se asigură de la sistemul intern prevăzut cu surse de energie electrică

neacircntreruptibile iar receptorii din a două categorie sunt alimentaţi de la sistemul intern (sursa de

icircnlocuire ) prevăzut cu grupuri electrogene

Grupurile electrogene acoperă gama de puteri 5-1400 kVA

Icircn momentul icircn care sistemul extern redevine disponibil grupul electrogen se opreşte

automat Pornirea grupului electrogen se efectuează icircn gol După ce tensiunea şi frecvenţa la

bornele generatorului s-au stabilizat conectarea receptorilor pe grup este automată Tot acest

proces se va icircncadra icircn intervalul de timp menţionat Cacircnd o sarcină mare este conectată la grupul

electrogen se produce pentru scurt timp o scădere de tensiune şi de frecvenţă Echipamentul de

automatizare aflat icircn panoul grupului electrogen le readuce la valorile normale

SURSE DE ENERGIE ELECTRICĂ NEAcircNTRERUPTIBILE

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 11: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Icircn diverse situaţii este necesară asigurarea cu energie electrică de la o sursă care să nu

producă icircntreruperi sau deformări ale undei sinusoidale de tensiune Aceasta este cazul

echipamentelor de calcul aparaturii electromedicale din sălile de operaţii şi de terapie intensivă

[817] al camerelor de comandă al instalaţiilor de avertizare şi de stingere a incendiilor şi mai

ales al celor legate de siguranţa naţională

Pentru a asigura o alimentare neacircntreruptă sunt necesare trei elemente distincte

a)-o sursă de energie electrică auxiliară independentă de reţea

b)-un convertor al acestei energii icircn energie electrică avacircnd aceiaşi parametri (număr de faze

tensiune frecvenţă) cu reţeaua de la care sunt alimentate icircn mod curent echipamentele

c)-un sistem de urmărire a tensiunii din reţeaua furnizorului extern care să facă comutarea pe

sursa de siguranţă neacirctreruptibilă prevazută de consumator

Ca sursă de energie de siguranţă este preferată bateria de acumulatori aflată icircn regim de

icircncărcare permanentă Aceste acumulatoare trebuie să fie de tipul fără producere de gaze şi fără

icircntreţinere iar reacircncărcarea lor se face automat prin intermediul unui redresor comandat

Producătorii de UPS ldquoUninterruptible power Supplyrdquo (sursă de alimentare neacircntreruptă) ndash termen

folosit icircn literatura de specialitate utilizează elemente acumulatoare cu plăci şi acid sulfuric

avacircnd icircn structura lor elemente de absorbţie şi de conversie a gazelor rezultate atacirct icircn procesul de

icircncărcare cacirct şi icircn procesul de descărcare Acestea au o durată de viaţă de 5-6 ani după care

capacitatea lor scade sub 80 din cea iniţială

2CATEGORII DE SURSE NECONVENTIONALE

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 12: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Energia solară ndash principala sursă regenerabilă de energie

SRE se clasifică icircn două grupe prima include energia solară şi derivatele acesteia ndash

eoliană hidraulică energia biomasei valurilor maritime şi termică a oceanului planetar

Icircn fig sunt prezentate principalele forme de energie solară termică şi fotovoltaică (PV)

obţinute prin conversia directă a radiaţiei solare icircn căldură sau - electricitate şi celelalte forme de

energie obţinute - indirect din cea solară (cursul nu evidenţiază energia termică a oceanului

planetar tehnologie care se află la icircntr-o etapă incipientă de dezvoltare)

A doua grupă de SRE nu este de origine solară şi include doar două tipuri de energii ndash

geotermală şi energia mareelor

Absorbită direct de colectoare solare radiaţia solară poate produce apă caldă de consum agent

termic pentru icircncălzire etc

Edificiile pot fi proiectate şi construite astfel icircncacirct mai multă energie solară să fie captată pentru

a putea fi utilizată la icircncălzire şi iluminat

Acest concept stă la baza aşa numitei tehnologii de utilizare pasivă a energiei solare

fiind concentrată cu ajutorul reflectoarelor speciale radiaţia solară poate genera energie termică

la temperaturi mai mari de 3000C care ndash la racircndul său - poate fi folosită pentru producerea

energiei electrice

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 13: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Tehnologia de conversie icircn care radiaţia solară este transformată direct icircn energie

termică adesea este numită energia solară termică

Radiaţia solară poate fi transformată direct icircn energie electrică cu ajutorul modulelor fotovoltaice

Tehnologia solară PVicircn ultimii 10 ani se dezvoltă cu un dinamism extraordinar rata de creştere

anuală variază icircntre 25-40 preţurile modulelor PV sunt icircn descreştere noi tehnologii de

producere ale celulelor şi modulelor PV integrate icircn acoperiş vor schimba icircn următorii ani

conceptual actual de alimentare cu energie electrică a caselor de locuit

Icircn zonele tropicale radiaţia solară cade perpendicular pe suprafaţa pămacircntului şi deci o cantitate

mai mare de energie se transformă icircn căldură icircn zonele cu altitudini mari ndash razele solare cad

oblic iar temperatura atmosferei apei şi solului va fi mai mică

Diferenţa de temperatură icircntre masele de aer conduce la o diferenţă de presiune şi drept urmare

apar curenţi enormi de aer icircndreptaţi către zonele polare (adică vacircntul care poate fi transformat icircn

energie mecanică cu ajutorul turbinelor eoliene)

Energia eoliană

Icircn ultimii 20 de ani tehnologia eoliană s-a dezvoltat la o scară largă şi se consideră a fi cea

mai avansată dinte toate aşa numite tehnologii de conversie a energiilor regenerabile ldquonoirdquo

Forţele de frecare dintre curenţii de aer şi suprafaţa apei mărilor şi oceanelor generează valuri

icircncărcate energie cinetică (tehnologia de conversie a energiei valurilor este la icircnceput de drum

icircn unele ţări precum Anglia şi Franţa au fost deacutejagrave elaborate şi realizate proiecte demonstrative

O altă formă de energie solară indirectă este cea hidraulică care apare ca rezultat a

evaporării sub acţiunea razelor solare a apei oceanului planetar (energia termică solară se

transformă icircn energie potenţială) Condensacircndu-se apa cade sub formă de ploaie fiind acumulată

icircn rezervoare mari poate fi transformată icircn energie electrică cu ajutorul hidrogeneratoarelor Icircn

ultimul timp se dezvoltă the nologia de conversie a energiei cinetice a curenţilor de apă folosind

aşa numitele turbine de flux

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 14: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Energia biomasei de asemenea de origine solară

Icircn rezultatul procesului de fotosinteză din bioxidul de carbon din atmosferă şi din apă

sub acţiunea razelor solare se generează biomasa bogată icircn hidrocarburi Fiind o sursă

tradiţională de energie biomasa ocupă primul loc icircn topul SRE la scară mondială iar - pentru

multe ţări din lume constituie principala sursă de energie Biomasa se utilizează ndash de regulă - sub

formă de lemne de foc (utilizare tradiţională) iar icircn ultimii două decenii ndash sub formă de

biocombustibil lichid pentru motoare biogaz brichete etc Deşi la arderea biomasei se degajă

bioxid de carbon cantitatea acestuia nu depăşeşte cantitatea absorbită din atmosferă icircn procesul

de fotosinteză Icircn acest sens biomasa se consideră neutră icircn ceea ce priveşte poluarea atmosferei

cu bioxid de carbon

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 15: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Soarele ndash noţiuni generale

Soarele este cea mai aproape stea de la Pămacircnt şi se află la distanţa medie de 15x1011 m

Structura schematică a soarelui este prezentată icircn urmatoarea figura

Energia soarelui este rezultatul a mai multor reacţii de fuziune nucleară principala fiind

procesul icircn care hidrogenul (4 protoni) fuzionează şi se formează heliu Masa nucleului de heliu

este mai mică decacirct masa a 4 protoni diferenţa de masă se transformă icircn energie icircn conformitate

cu faimoasa formulă a lui Einstein E=mc2

Diametrul soarelui este de aproximativ 110 ori mai mare decacirct diametrul pămacircntului respectiv

139x109 m şi 127x107 m Nucleul solar cu raza de aproximativ 023R (R ndash raza discului solar)

şi un volum ce constituie 15 din total prezintă reactorul natural termonuclear

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 16: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

ENERGIA EOLIANĂ

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata pamantului

Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de exemplu sau

macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea unui rotor la un

generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce invarte rotorul in

energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904

MW ac

estea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie electrică Deşi icircncă o

sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor producția energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu‐se ca icircn unele țări ponderea energiei

eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ Danemarca(23) Spania

(8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu icircncălzeşte Pamacircntul

uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi folosită pentru a roti

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 17: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot produce 5 MW deşi

aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de kilometri pe oră Pu ține

zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice se pot găsi la altitudini

mai mari şi icircn zone oceanice

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita

in vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra

mediului icircn comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili

Mediul nu este poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel

redus Pentru majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al

stalpilor de inalta tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre

de distribuție unde tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn

Romacircnia numărul stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor

eoliene este mic (existacircnd instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual

nu constituie o problemă Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi

nu turbine eoliene chiar şi icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate

dezbateri icircn această privință şi subiectul a devenit un aspect al autorităților de planificare

Celălalt impact major este zgomotul provocat de curenții de aer produşi la rotirea elicelor

Este de reținut faptul că orice maşină cu părți mobile provoacă un anumit nivel de zgomot şi icircn

această privință turbinele eoliene nu sunt o excepție Turbinele care au fost bine construite sunt icircn

general silențioase icircn funcționare şi icircn comparație cu zgomotul traficului rutier feroviar aerian

şi al celui produs pe şantiere pentru a enumera doar cacircteva zgomotul acestor turbine este chiar

foarte mic Soluțiile tehnice anti‐zgomot includ modificarea formei elicelor şi reducerea vitezei

de rotire a acestora Turbinele de dimensiuni mari care sunt de obicei utilizate icircn cacircmp deschis

sunt icircn general plasate la mai mult de 400 de metri de cea mai apropiată locuință La această

distanță zgomotul produs de turbina care generează curent electric este aproximativ acelaşi cu

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 18: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

acela al unui racircu aflat la 50‐100 m sau a frunzelor fremătătoare icircn briza plăcută Este similar cu

zgomotul dintr‐o cameră de zi normală cu un şemineu aprins sau icircntr‐o cameră de lectură a unei

biblioteci sau icircntr‐un birou liniştit dotat cu aer condiționat Pentru turbinele de dimensiuni mici

ataşate unei locuințe impactul vizual nu ar trebui să fie mai mare decacirct cel al unei antene

parabolice sau a unei antene de satelit Impactul auditiv va depinde de nivelul de zgomot al

mediului incluzacircnd zgomotul traficului rutier feroviar sau chiar aerian Nu există soluții tehnice

adiționale pentru turbinele mici pentru a aduce zgomotul la niveluri acceptabile

BIOMASA

Biomasa o sursă de energie regenerabilă aflată la răscruce

Definiţia energiei regenerabile si a biomasei

Valorificarea surselor regenerabile de energie ar putea contribui la atingerea catorva

obiective strategice privind cresterea securitatii in furnizarea de energie prin diversificarea

surselor de energie si reducerea importurilor cat si pentru o dezvoltare durabila a sectorului

energetic si protectia mediului

Sursele regenerabile de energie (biomasa de exemplu) pot fi o solutie buna pentru

incalzire in zonele rurale Pentru valorificarea potentialului economic al surselor regenerabile de

energie trebuie adoptate si implementate masuri si politici adecvate tinand seama de conditiile

piatei de energie

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 19: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Folosită atacirct pentru obţinerea de curent electric cacirct şi a agentului termic pentru locuinţe

energia extrasă din biomasă ridică mai nou probleme de etică icircntrucacirct icircn multe zone ale lumii e

nevoie mai degrabă de hrană decacirct de combustibili

Deşi folosirea biomasei icircn scopuri energetice este una dintre cerinţele Uniunii Europene

există voci care susţin că folosirea acestei resurse necesită precizări şi reconsiderări Motivele

scepticilor sunt două poluarea şi lipsa de hrană Chinezii au anunţat deja că renunţă la proiectul

de a produce etanol pentru automobile din porumb icircntrucacirct ndash din cauza secetei ndash anul acesta e

nevoie de toată producţia de cereale pentru hrana animalelor şi a oamenilor Biomasa este

ansamblul materiilor organice nonfosile icircn care se icircnscriu lemnul pleava uleiurile şi deşeurile

vegetale din sectorul forestier agricol şi industrial dar şi cerealele şi fructele din care se poate

face etanol La fel ca şi energiile obţinute din combustibilii fosili energia produsă din biomasă

provine din energia solară icircnmagazinată icircn plante prin procesul de fotosinteză

Principala diferenţă dintre cele două forme de energie este următoarea combustibilii

fosili nu pot fi transformaţi icircn energie utilizabilă decacirct după mii de ani icircn timp ce energia

biomasei este regenerabilă putacircnd fi folosită an de an

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 20: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Lemnulicircnaintea cărbunelui

Icircn ultimele cacircteva sute de ani omul a exploatat biomasa mai ales sub formă de cărbune

Acest combustibil fosil a rezultat icircn urma unor transformări chimice icircndelungate Combustibilii

fosili sunt constituiţi din aceleaşi elemente chimice (hidrogen şi carbon) ca şi biomasa

proaspătă Cu toate acestea ei nu sunt consideraţi surse de energie regenerabilă din cauza

timpului icircndelungat de care au nevoie pentru a se forma Icircn aceeaşi situaţie se află şi gazele

naturale şi petrolul

Azi omenirea e obligată să revină la folosirea energiilor regenerabile După energia

solară biomasa a fost folosită icircn scopuri energetice icircncă de cacircnd a fost descoperit focul pentru

că primii oameni s-au icircncălzit arzacircnd lemne şi abia mai tacircrziu au descoperit cărbunii şi petrolul

Şi deşeurile conţin energie

Deşeurile alimentare şi cele industriale apele uzate şi deşeurile menajere sunt surse

specifice de biomasă Aceasta se prezintă sub formă solidă lichidă sau gazoasă şi poate avea

nenumărate aplicaţii La ora actuală energia biomasei provine icircn cea mai mare parte din

elemente solide precum aşchiile de lemn rumeguşul unele deşeuri menajere dar şi din

elemente lichide icircntre care se numără icircn primul racircnd detergenţii proveniţi din coacerea

lemnului icircn industria papetăriei

Biomasa prezintă multe avantaje ca sursă de energie Ea poate fi folosită atacirct pentru

producerea de electricitate cacirct şi pentru obţinerea de energie termică Dar aici intervine

problema poluării Ultimele studii arată că arderea deşeurilor produce mult prea mult dioxid de

carbon şi prin urmare ce se economiseşte pe o parte se pierde pe alta

Etanol şi biogaz din deşeuri

Astăzi cercetările se concentrează pe conversia biomasei icircn alcool care ar putea servi

drept carburant pentru suplimentarea şi chiar icircnlocuirea benzinei şi a motorinei Alte forme

lichide de energie obţinute din biomasă ar fi uleiurile vegetale Metanolul produs prin distilarea

lemnului şi a deşeurilor forestiere este considerat un carburant alternativ pentru transport şi

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 21: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

industrie la preţuri care ar putea concura cu cele ale combustibililor obţinuţi din bitum şi din

lichefierea carbonului

Etanolul ar fi un combustibil mai ieftin dar problema mare este că utilizează resurse

alimentare cum sunt porumbul sau gracircul Dacă icircnsă etanolul s-ar obţine exclusiv din deşeuri

alimentare sau agricole deşi costurile sale de producţie ar fi mai mari efortul s-ar justifica

pentru că se reciclează deşeurile La alcooli se adaugă şi biogazul respectiv forma gazoasă a

biomasei Acest gaz cu o putere calorică destul de slabă conţinacircnd icircn principal metan se obţine

din materii organice precum apele uzate sau bălegarul

Lemnul este principala sursă bio

Există o largă varietate de surse de biomasă printre care se numără copacii cu viteză

mare de dezvoltare (plopul salcia eucaliptul) trestia de zahăr rapiţa plantele erbacee cu

rapiditate de creştere şi diverse reziduuri cum sunt lemnul provenit din toaletarea copacilor şi

din construcţii paiele şi tulpinele cerealelor deşeurile rezultate după prelucrarea lemnului

deşeurile de hacircrtie şi uleiurile vegetale uzate Principala resursă de biomasă o reprezintă icircnsă

lemnul

Energia asociată biomasei forestiere ar putea să fie foarte profitabilă noilor industrii

pentru că toată materia celulozică abandonată astăzi (crengi scoarţă de copac trunchiuri

buşteni) va fi transformată icircn produse energetice Utilizarea biomasei forestiere icircn scopuri

energetice duce la producerea de combustibili solizi sau lichizi care ar putea icircnlocui o bună

parte din consumul actual de petrol odată ce tehnologiile de conversie energetică se vor dovedi

rentabile

De asemenea terenurile puţin fertile improprii culturilor agricole vor fi folosite pentru

culturi forestiere intensive cu perioade de tăiere o dată la 10 ani Pe de altă parte biomasa

agricolă (bălegarul reziduurile celulozice ale recoltelor reziduurile de fructe şi legume şi apele

reziduale din industria alimentară) poate produce etanol sau biogaz

Spre deosebire de biomasa forestieră care este disponibilă pe toată perioada anului

biomasa agricolă nu este de obicei disponibilă decacirct o dată pe an Biogazul provenind din

bălegar poate icircncălzi locuinţele purificat şi comprimat el poate alimenta maşinile agricole

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 22: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Utilizarea deşeurilor animale sau ale industriei alimentare poate diminua poluarea minimizacircnd

problemele eliminării gunoaielor şi furnizarea de energie

Biomasa şansă pentru dezvoltarea rurală

Biomasa ca sursă de energie alternativă contribuie icircn prezent cu 14 la sută la

consumul mondial de energie primară Pentru trei sferturi din populaţia globului ce trăieşte icircn

ţările icircn curs de dezvoltare biomasa reprezintă cea mai importantă sursă de energie Obiectivul

propus icircn Cartea Albă a Comisiei Europene pentru o Strategie Comunitară bdquoEnergy for the

future renewable sources of energy presupune ca aportul surselor regenerabile de energie al

ţărilor membre ale Uniunii Europene să ajungă la 12 din consumul total de resurse primare

pacircnă icircn 2010

De exemplu icircn Ungaria energia obţinută din biomasă este icircn creştere Aceasta a icircnlocuit

deja unele centrale care operau pe cărbune La un moment dat premierul Ferenc Gyurcsany

estima că pacircnă icircn 2020 16 din energia produsă icircn Ungaria va proveni din surse regenerabile

Producerea de biomasă reprezintă atacirct o resursă de energie regenerabilă cacirct şi o mare şansă

pentru dezvoltarea rurală durabilă La nivelul Uniunii Europene se preconizează crearea a peste

300000 de noi locuri de muncă icircn mediul rural tocmai prin exploatarea biomasei

Romacircnia trebuie să icircncurajeze investiţiile icircn surse alternative de energie pentru ca

ponderea energiei electrice produse din resurse alternative să ajungă la 33 la sută pacircnă icircn 2010

Deşi biomasa este una dintre principalele resurse de energie regenerabilă ale Romacircniei icircn

prezent ţara noastră icircşi obţine cea mai mare parte din energia verde care provine din resurse

hidro Exploatarea biomasei cacircştigă icircnsă tot mai mult teren şi la noi

Ori combustibili ori hrană

Biocarburanţii suscitau la un moment dat un mare entuziasm Abandonarea

combustibililor fosili icircn schimbul biogazului şi al alcoolului a fost prezentată drept un remediu

icircmpotriva schimbărilor climatice Oficialii de la Bruxelles cer ca 6 la sută din carburantul

utilizat icircn 2010 să fie biogaz şi 20 la sută icircn 2020 Pentru a atinge aceste obiective guvernul

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 23: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

britanic a redus taxele asupra biocarburanţilor cu 030 de euro pe litru icircn timp ce reprezentanţii

Uniunii Europene dau agricultorilor 45 de euro pe hectar pentru culturile din care se produc

combustibili verzi (biogaz sau alcool)

Toată lumea este aparent mulţumită Ţăranii şi industria chimică pot dezvolta noi pieţe

statul poate să-şi respecte angajamentele icircn materie de reducere a emisiilor de gaz carbonic iar

ecologiştii o pot vedea ca pe iniţiativă de domolire a icircncălzirii globale Utilizaţi la scară mică

biocarburanţii sunt inofensivi Dar susţin unii specialişti icircn domeniul energiei proiectele

Uniunii Europene cer crearea de culturi special destinate producerii de combustibil Ceea ce nu

reprezintă tocmai un demers ecologic Icircn cazul Marii Britanii traficul rutier consumă 376

milioane de tone de produse petroliere pe an Cultura de oleaginoase cea mai productivă din ţară

este cea de rapiţă cu aproximativ 35 tone pe hectar

Dintr-o tonă de gracircne de rapiţă rezultă 415 kilograme de biogaz adică 145 de tone de

carburant pe hectar Pentru a face să meargă toate maşinile pe biogaz ar fi nevoie de 259

milioane de hectare de rapiţă dar Marea Britanie nu are decacirct 57 milioane Astfel pentru a

atinge obiectivul cel mai modest al Uniunii Europene trebuie consacrată cvasi-totalitatea

terenurilor agricole britanice culturii de rapiţă

Dacă acelaşi fenomen este calculat la scară europeană se constată că efectul asupra

aprovizionării alimentare ar fi catastrofal din punct de vedere alimentar Şi dacă după cum

reclamă unii ecologişti experienţa se va extinde la scară mondială atunci principalele terenuri

fertile de pe planetă vor ajunge să fie destinate producerii biocombustibilului pentru automobile

iar hrana pentru oameni ar cădea pe planul doi Cum pe planetă există prea mulţi oameni care

mor de foame o soluţie mai bună ar fi să mergem pe jos şi să cultivăm cerealele necesare vieţii

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt indicaţi

Utilizarea biocarburanţilor din prima generaţie ridică aşadar probleme etice cum ar fi

concurenţa icircntre produsele alimentare şi carburanţi Biocarburanţii din prima generaţie sunt cei

obţinuţi din diverse culturi precum gracircu porumb sfeclă de zahăr pentru filiera bioetanol şi din

rapiţă floarea-soarelui arahide palmier de ulei pentru filiera biodiesel

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 24: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Biocarburanţii din a doua generaţie sunt constituiţi din deşeuri lemnoase din reziduuri

alimentare şi industriale Icircn acest sens oamenii de ştiinţă susţin că utilizarea biocarburanţilor

din cea de-a doua generaţie este cea mai indicată din punct de vedere ecologic

Ţări precum Germania Marea Britanie şi Statele Unite ale Americii au dezvoltat

sistemul de biocarburanţi din cea de-a doua generaţie dar costurile pentru construcţia unor

astfel de biorafinării sunt foarte mari Pe de altă parte aceşti specialişti au sugerat că

reicircmpăduririle şi protejarea habitatelor constituie o soluţie mai bună de micşorare a emisiilor de

gaze cu efect de seră Ei susţin că pădurile ar putea absorbi de nouă ori mai mult CO2 decacirct ar

putea-o face utilizarea de biocarburanţi icircn aceeaşi arie Dimpotrivă producerea de biocarburant

ar duce la alte defrişări

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 25: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

3COMPARATII(criteriiierarhizari)

Surse regenerabile de energie de origine non - solară

Următoarele două surse de energie ndash energia geotermală şi a mareelor ndash nu au la

originea sa energia solară

Energia geotermală este generată de rocile calde ale pămacircntului (temperatura icircnaltă din

adacircncurile pămacircntului a fost - iniţial - cauzată de forţele gravitaţionale care au format planeta

pacircnă icircn prezent temperatura nucleului pămacircntului este susţinută de reacţiile de dezintegrare ale

materialelor radioactive)

Energia mareelor (adesea confundată cu energia valurilor) are la origine fluxul şi refluxul

cauzate de forţa gravitaţională dintre Pămacircnt şi Lună Folosind baraje se poate capta (stoca)

energia apei generată de fluxul gravitaţional sub forma de energiei potenţiale Apoi apa se

revarsă - din nou - icircn mare prin turbina hidraulică generacircnd electricitate

Hidrogenul şi Celule de Combustie ndash Hidrogenul- se preconizează - a fi sursa principală

de energie icircn viitorii 30-50 de ani Hidrogenul nu este o sursă regenerabilăde energie acesta

poate fi produs din surse fosile sau din apă folosind un tip de energie regenerabilă (energia

eoliană sau fotovoltaică)

Celula de combustie transformă direct energia hidrogenului (fără a fi transformată icircn energie

mecanică) icircn energie electrică şi termică fără a emite icircn atmosferă produse nocive (se produce

doar apă)

Icircn prezent sunt realizate mostre de celule de combustie cu puterea de zeci şi sute de kilowaţi care

sunt capabile să asigure necesarul unui bloc de locuinţe de mărime medie cu electricitate şi

căldură sau a unui automobil cu energie electrică

Icircn perspectivă această tehnologie va schimba radical sistemele existente de alimentare a

consumatorilor cu energie electrică şi termică iar transportul nu va polua atmosfera

Energetica bazată pe hidrogen poate fi o soluţie alternativă a problemelor care au icircn vedere

emisiile de GES poluarea atmosferei şi solului cu gaze nocive de eşapament descentralizarea

sistemelor de alimentare cu căldură şi electricitate

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 26: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Cele mai răspacircndite şi uzuale forme de energie sunt chimică termică electrică

electromagnetică şi nucleară

Energia chimică este icircnmagazinată icircn legăturile atomice care formează moleculele

Cacircnd diferite elemente chimice reacţionează icircntre ele aceste legături se rup sau se modifică

adesea generacircnd energie icircn formă de căldură La nivel micro energia surselor fosile de energie

(cărbune petrol gaze naturale lemne etc) poate fi considerată ca energie potenţială a legăturilor

atomice care la arderea combustibilului se rup se modifică şi se degajă energie Atunci cacircnd

lemnul arde are loc reacţia dintre carbonul conţinut icircn masa lemnoasă şi oxigenul din aer se

formează un nou produs chimic (se modifică legăturile atomice) ndash bioxidul de carbon CO2 şi

concomitent se degajă energie icircn formă de căldură şi lumină (radiaţie) Un alt exemplu poate

servi celula unui accumulator electric sau celula de combustie icircn care diferite elemente chimice

reacţionează icircntre ele producacircnd energie electrică şi alte produse chimice

Energia termică nu este altceva decacirct suma energiei cinetice şi potenţiale ale tuturor

atomilor şi moleculelor icircn mişcare şi care formează un corp solid lichid sau gazos Energia

termică este energie cinetică deoarece atomii şi moleculele se mişcă şi potenţială deoarece icircn

rezultatul mişcării atomilor (mişcare oscilatorie) se modifică legăturile şi ca rezultat se modifică

energia potenţială Cu cacirct viteza de mişcare a atomilor şi moleculelor este mai mare cu atacirct

temperatura corpului va fi mai mare şi invers Icircntr-un cazan cu abur energia chimică a

combustibilului fosil este transmisă sub formă de energie termică aburului care la racircndul său

transmite energia termică turbinei care rotindu-se posedă energie cinetică

Energia electrica este un flux de particule icircncărcate cu sarcină electrică numiţi electroni

şi ioni Mişcarea particulelor este produsă de forţa cacircmpului electric cauzată de diferenţa de

potenţial Electronii icircn metale se mişcă de la atom la atom iar icircn gaze şi lichide purtătorii

principali de sarcină sunt ionii pozitivi şi negativi Odată ce purtătorii de sarcină electrică se

mişcă icircnseamnă că ei posedă energie cinetică Astfel la nivel micro energia electrică este o

formă a energiei cinetice

Energia electromagnetică este o formă de manifestare a energiei electrice Ea este

transmisă prin intermediul undelor cu diferite lungimi icircncepacircnd cu undele radio şi terminacircnd cu

razele X Un exemplu semnificativ de energie electromagnetică este energia solară care prezintă

un spectru de unde electromagnetice de diferite lungimi cu ajutorul cărora energia soarelui prin

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 27: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

spaţiu ajunge la suprafaţa pămacircntului Dar unda electromagnetică icircn acelaşi timp are proprietăţi

de particulă care se mişcă cu viteza luminii deci energia electromagnetică icircn esenţă este energie

cinetică

Energia nucleară este energia obţinută icircn urma reacţiei de fisiune a nucleului atomic de

obicei uranium-235 sau plutonium-239 Fisiune icircnseamnă a scinda a diviza nucleul atomic in mai

multe fragmente Diferenţa de masă a nucleului iniţial şi a sumei maselor fragmentelor se

transformă icircn energie cinetică a acestora care la racircndul său icircn reactorul nuclear se transformă

icircn energie termică La fisiunea unui singur nucleu se degajă circa 200 MeV(mega-electron-volt 1

eV = 1602middot10-19 J) sau 032middot10-10 J Icircntr-un kg de uranium- 235 se află aproximativ 25middot1024

de atomi astfel energia degajată va fi de circa 08middot1014 J sau este egală cu energia care poate fi

obţinută la arderea a 1910 de tep Vom menţiona că icircn procesul de fisiune nucleară se degajă

doar 01 din energia proprie (E=mc2) a atomului celelalte 999 rămacircn icircnmagazinate icircn masa

fragmentelor - protonilor şi neutronilor nou create Dar acest randament este de milioane de ori

mai mare decacirct a reacţiei de oxidare (de ardere) a unui combustibil fosil (de exemplu cărbune) icircn

rezultatul căreia energia chimică sau energia legăturilor atomice şi moleculare se transformă icircn

energie termică

ENERGIE CONVENŢIONALĂ ~ ENERGIE POLUANTĂ

Folosirea surselor de energie convenţională eliberează icircn atmosferă cantităţi impresionante de

gaze cu efect de seră dintre care cel mai important este dioxidul de carbon(CO )

Utilizarea excesivă a resurselor neregenerabile are consecinţe negative asupra mediuluicum ar fi

accentuarea efectului de seră ploile acide şi creşterea concentraţiei de praf din atmosferă

Icircncălzirea globală determinată de amplificarea efectului de seră este semnul cel mai vizibil al

schimbărilor climatice ce au loc la nivelulicircntregului glob Creşterea frecvenţei fenomenelor

meteorologice extreme (căldura excesivă inundaţii furtuni) topirea gheţarilor şi cresterea

nivelului oceanelor reprezintă ameninţări serioase asupra supravieţuirii multor specii de plante şi

animale precum şi asupra sănătăţii şi bunăstării oamenilor

La nivel local creşterea poluării icircn special icircn marile oraşe (de pildă praful şi smogul ce fac

aerul irespirabil) are consecinţe dintre cele mai nefaste icircntre care ploile acide ocupă un loc cen-

tral producacircnd alterări semnificative ale sănătăţii plantelor şi animalelor eroziuni ale

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 28: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

solului sau clădirilor coroziuni ale obiectelor metalice etc

Alterarea calităţii aerului şi a apei a condus la deteriorarea sănătăţii populaţiei

icircnregistracircndu-se o intensificare a afecţiunilor cardio- respiratorii care au condus la nivele

alarmante ale morbidităţii şi mortalităţii la nivel mondial icircmpreună cu stresul termic produs de

valurile de căldură şi creşterea răspacircndirii bolilor infecţioase din zonele tropicale spre alte locaţii

datorită icircncălzirii climei

RECONCILIIND TRADIŢIA CU INOVAŢIA

Actualmente ne aflăm icircn faţa unei mari dileme Trebuie să construim un sistem care nu

numai să ţină becurile aprinse ci să le ţină icircn funcţiune pentru miliarde de oameni să satisfacă

nevoile acestora protejacircnd icircn acelaşi timp mediul

Soluţia nu este o alegere icircntre tradiţie şi ldquoinovaţierdquo ci tradiţia icircmpreună cu inovaţia

Ce presupune această alegere O folosire raţională a surselor de energie tradiţională prin

reducerea consumurilor casnice şi industriale icircn paralel cu implementarea surselor de energie

regenerabilă (energie curată)

Tehnologiile bazate pe energia regenerabilă au marele avantaj că utilizează resurse inepuizabile

foarte puţin poluante cu o contribuţie nesemnificativă la schimbările climatice Icircn plus utilizarea

lor reduce dependenţa de resursele convenţionale care se vor epuiza icircntr-un viitor nu foarte

icircndepărtat

Chiar dacă icircn prezent energia curată este mai scumpă (datorită cheltuielilor de investiţii

ridicate şi datorită performanţelor mai modeste) icircn ultima perioadă de timp s-au icircnregistrat salturi

tehnologice importante care ne dau speranţa că icircn viitorul apropiat aceasta va reprezenta o

alternativă viabilă la sursele tradiţionale

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 29: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

RESURSE REGENERABILE - SURSE DE ENERGIE CURATĂ

Energia solaraeste energia provenită de la soare Ea poate fi utilizată folosind

- Tehnologii ce produc energie electrică ( prin panouri fotovoltaice) Panourile fotovoltaice

prin care energia solară este convertită direct icircn electricitate pot fi instalate atacirct icircn sate

izolate cacirct şi icircn marile centre urbane

Dezavantajul acestor sisteme este dat de faptul că ele nu funcţionează noaptea (Suntem

siguri ca şi dumneavoastră aţi gustat din avantajele acestei tehnologii - ceasurile şi

calculatoarele solare utilizează celule fotovoltaice)

Energia electrică produsă prin această tehnologie implică costuri ridicate (de trei ndashpatru ori

mai mari faţă de energia obtinută din surse convenţionale)

- Tehnologii pentru icircncălzire (concentrarea căldurii solare prin intermediul panourilor solare)

Panourile solare ce pot fi folosite pentru icircncălzirea apei necesară treburilor gospodăreşti pot fi

montate atacirct pe sol cacirct şi pe acoperişul casei

Stiati ca- Icircn ţara noastră icircn anii 1970-1980 pe litoralul Mării Negre au fost montate primele panouri

solare

- Suprafaţa panourilor termice solare instalate este de 30 milioane m2 la nivel mondial de

100 de ori mai puţin decacirct potenţialul optim care este de 1 m2 persoană

- Energia furnizată de soare care atinge suprafaţa Pămacircntului este de zece mii de ori mai

puternica decacirct ar putea omul să folosească vreodată

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 30: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

EXEMPLE

In Romania

Icircn anul 2001 au fost instalate două sisteme solare de icircncălzire la două mini-hoteluri din

staţiunea de vacanţă Costineşti din Jud Constanţa Instalaţiile sunt folosite pe perioada de

vară pentru producerea apei calde menajere Acest sistem poate fi folosit atacirct pentru

producerea apei calde cacirct şi drept sursă de rezervă pentru icircncălzirea centralizată

Costul total al sistemului este de 5 100 Euro iar perioada de recuperare a investiţiei este de

6 ani

Principalele beneficii ale acestei instalaţii sunt

- Siguranţa icircn funcţionare şi o durată de viaţă mare datorită folosirii materialelor de calitate

şi anticorozive

- Eficienţa ridicată datorită icircnvelişului absorbant şi a tuburilor colectoare cu vid

In lume

- Piaţa panourilor fotovoltaice a cunoscut o expansiune explozivă dublacircndu-se icircntre anii

1994-1997 cu precădere icircn Japonia unde la sfacircrşitul anului 1998 aprox 20 000 de case

aveau instalate astfel de sisteme Pornind de la succesul icircnregistrat icircn această ţară atacirct UE

cacirct şi SUA au demarat icircn 1997 programe de implementare a acestei tehnologii

- Exemple din UE centrala de 20 MW Pilkington Solar - Germania centrala de 25 MW

Photowatt Franţa

- Icircn prezent icircn SUA capacitatea instalată pentru producerea de energie solară termică şi

electrică este de peste 400 MW asiguracircnd consumul pentru aprox 350 000 de locuitori

Energia eoliana

Exploatacircnd forţa vacircntului se poate obţine energie electrică prin intermediul unor instalaţii

denumite turbine eoliene Acestea transformă energia cinetică a vacircntului direct icircn electricitate

prin rotirea unui generator Acest tip de energie a icircnceput să fie utilizat pe sca largă prin anii 70

cu precădere icircn Europa Preţul energiei eoliene este icircn continuă scădere icircn prezent energia

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 31: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

eoliană atinge costuri competitive cu celelalte surse de energie utilizate icircn mod curent

(neregenerabile) Astfel se explică şi dezvoltarea rapidă a acestei tehnologii

Stiati ca

- La icircnceputul anului 2002 capacitatea instalată de energie eoliană la nivel mondial era de

aprox 24 000 MW ceea ce reprezintă aprox 56 TWh pe an energie echivalentă cu consumul anual

pentru aproximativ 31 milioane de oameni (de exemplu populaţia Romacircniei şi a Ungariei)

EXEMPLE

In Romania

- Primele centrale eoliene din Europa de Est vor fi construite icircn portul Constanţa Turbinele

eoliene vor furniza energia electrică necesară portului Patru dintre centrale vor fi amplasate

pe linia digului din port şi vor avea o icircnălţime de 80 m iar paletele vor fi de 40 m

- Costul de producţie al energiei eoliene este inferior tuturor celorlalte surse de energie icircn

condiţiile icircn care icircn zonă sunt 270 de zile cu vacircnt de peste 7 ms Totuşi cheltuielile de

investiţii sunt foarte ridicate de peste 30 milioane de dolari

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 32: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

In lume

- Icircn Danemarca primele turbine eoliene au fost instalate la icircnceputul anilor 80 Icircn prezent

energia eoliană asigură 15 din energia electrică a acestei ţări icircn 2002 a fost instalat primul

mare complex de turbine eoliene cu capacitatea totală de 160 MW amplasat icircn largul mării

- Icircn SUA există cea mai mare turbină eoliană din lume de 32 MW amplasată icircn Oahu

Hawaii

Energia hidroelectrica

Se bazează pe transformarea energiei cinetice a apei icircn electricitate

Astfel o turbină şi un generator convertesc energia apei icircn energie mecanica şi apoi electrică

Tehnologiile hidro de producere a energiei electrice au randamente ridicate şi utilizează

echipamente fiabile cu durată de viaţă icircndelungată (icircn medie de peste 50 de ani)

Există două tipuri de instalaţii hidroelectrice

- pe firul apei folosind energia apei captată din ape curgătoare

- cu acumulare prin pompare se utilizează două rezervoare situate la altitudini diferite iar apa

depozitată icircn rezervorul superior este eliberată către rezervorul inferior

Icircn cădere apa pune icircn mişcare paletele unei turbine generacircnd astfel curent electric Apoi apa

din rezervorul inferior este pompată icircn cel superior şi ciclul se reia

Dezavantajele unor astfel de instalaţii constau icircn costurile mari de construcţie precum şi icircn

impactul pe care acestea icircl au asupra cursului nat- ural al apei şi asupra speciilor de plante şi

animale din zona respectivă

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 33: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Stiati ca

- Sinaia este primul oraş din Romacircnia icircn care s-a construit o hidrocentrală pe cursul racircului

Prahova icircn anul 1894 ea asiguracircnd energia electrică pentru Palatul Regal

- Icircn lume capacitatea hidroenergetică totală instalată este icircn prezent de 630 000 MW

EXEMPLE

In Romania

- Romacircnia deţine cea mai mare hidrocentrală din Europa cu o capacitate de 2 100 MW

instalată pe Dunare icircn cooperare cu Iugoslavia (Porţile de Fier I)

In lume- Cel mai mare complex hidroelectric din lume este situat pe racircul Parana icircntre Paraguai şi

Brazilia şi are o capacitate de 12 600 MW asigurată de cele 18 turbine instalate

- Icircn Norvegia 98 din energia totală este obţinută din hidrocentrale

Energia geotermala

Icircn cele mai multe cazuri energia eoliană este folosită pentru a produce caldură

Tehnologiile de utilizare a surselor geotermale se icircmpart icircn două categorii

- tehnologii hidrotermale - pămacircntul emană apă fierbinte sau abur

- tehnologii care folosesc roci fierbinţi şi uscate care icircn contact cu apa produc apă fierbinte şi

abur

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 34: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Stiati ca- Prima icircncercare serioasă de producere a energiei geotermale a fost făcută icircn Italia icircn anii

30 iar icircn prezent capacitatea de producţie a acestei instalaţii este de aproximativ 15 GW

(pentru energie

electrică) şi 23 GW (pentru energie termică)

EXEMPLE

In Romania- Icircn Oradea sunt deja instalaţi 165 MW pentru diferite aplicaţii termice ale energiei

geotermale

In lume

- Icircn SUA majoritatea rezervoarelor geotermale se află icircn zone precum Alaska şi Hawaii

Energia geotermală produsă icircn SUA este de 2 700 MW pe an echivalentă cu 60 milioane barili

de petrol suficient pentru a acoperi necesarul energetic a 35 milioane de familii

EE

Energia din biomasa

Energia din biomasă este energia obţinută prin arderea tuturor tipurilor de produse derivate

din plante masă lemnoasă plante de cultură reziduuri forestiere etc

Deşi randamentul energetic pentru biomasă este mai redus decacirct icircn cazul cărbunelui (175-20

GJtona comparativ cu 20-30 GJtona) reziduurile (cenuşa) rezultate icircn urma arderii biomasei

sunt mult mai reduse cantitativ nu au icircn compoziţie compuşi toxici sau contaminanţi şi pot fi

folosiţi ca icircngrăsămacircnt icircn agricultură

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 35: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Stiati ca

In Romania

La Cacircmpeni jud Alba au fost icircnlocuite două boilere ce funcţionau pe bază de petrol cu

altele ce funcţionează pe bază de reziduuri din lemn fabricate icircn Romacircnia Costurile

investiţiei au fost de 120 000 Euro (asiguraţi prin cofinanţare PHARE)

Icircn urma investiţiei s-au realizat următoarele progrese

- Reducerea cu 1000 tan a emisiilor de CO2

- Reducerea cu 145 tan a emisiilor de SO2

- Utilizarea a aprox 2345 t reziduuri din lemnan

- Creşterea producţiei de energie termică cu aprox 88

- Reducerea deversărilor de reziduuri din lemn icircn apele racircului creacircnd premise pentru

dezvoltarea turismului icircn zonă

- Reducerea substanţială a subvenţiilor acordate de Consiliul Local pentru acoperirea

costurilor pentru icircncălzire (-81)

-

In lume

-Icircn SUA 4 din totalul energiei produse provine din biomasă reprezentacircnd aproximativ

cantitatea de energie obţinută din centralele nucleare

- Brazilia reprezintă ţara cu cea mai mare cantitate de etanol produsă din biomasă fiind

urmată de Argentina Această tehnologie este considerată icircn aceste ţări ca o opţiune pe

termen lung

Provocarea tehnologică Aspecte esenţiale

Evoluţia dimensiunilor turbinelor eoliene este efectiv spectaculoasă de la icircnălţimi de

24 m icircn anii 60 la icircnălţimi de 114 m icircn 2003 Diametrele rotorilor au evoluat şi icircn funcţie de

puterea instalată de la 15 m pentru 50 kW la 124 m pentru 5000 kW

Evident această evoluţie spectaculoasă a fost susţinută şi de apariţia a noi

concepte tehnologii şi materiale

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 36: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Evoluţia puterilor instalate şi a dimensiunilor agregatelor eoliene constituie o reflectare a

eficienţei abordării comerciale graficele de mai jos fiind elocvente

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 37: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Icircn graficul prezentat mai jos se reflectă creşterea puterilor medii instalate ale turbinelor eoliene

vacircndute icircn fiecare an icircn cacircteva dintre ţările cele mai reprezentative ca utilizatoare a energiei

eoliene

Capacităţi instalate icircn Uniunea Europeană 2003

Conform raportului EWEA (European Wind Energy Association) capacitatea totală

de producţie instalată la sfacircrşitul anului 2003 icircn EU 15 era de 28706 MW repartizată

astfel

10487131048713508 Germania

10487131048713216 Spania

10487131048713108 Danemarca

10487131048713310 Italia

10487131048713083 Franţa

Interconectarea cu sistemele energetice Conectarea la sistemul energetic

naţional poate impune costuri suplimentare Pentru eliminarea sau reducerea acestora

Statele Membre vor

10487131048713Garanta tranportul şi distribuţia energiei electrice produse pe baza surselor

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 38: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

regenerabile

1048713Vor defini şi publica standarde şi responsabilităţi privind costurile adaptărilor tehnice

necesare debitării energiei icircn sistemul naţional

10487131048713Vor stabili norme privind repartizarea costurilor icircntre producători transportatori şi

distribuitori

10487131048713Vor permite accesul noilor producători de energie bazată pe surse regenerabile la

finanţări din orice surse pentru acoperirea costurilor conectării

Energia eoliană ndash EUROPA 2002

1048713Generează suficientă putere electrică pentru a asigura necesarul de

consum pentru 103 milioane de familii europene respectiv 257

milioane de persoane

10487131048713Asigură 2 din necesarul total de energie electrică

10487131048713Peste 89 din piaţa mondială este asigurată de producătorii europeni

de centrale eoliene

10487131048713Icircn 2002 75 din capacităţile instalate la nivel mondial au fost icircn EU

10487131048713Icircn ultimii 5 ani creşterea medie anuală a industriei europene de profil a

fost de 35

10487131048713La mijlocul anului 2003 puterea instalată icircn Europa afost de 25000 MW

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 39: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2010

1048713104871375000 MW instalaţi incluzacircnd 10000 MW offshore

10487131048713Generarea a 55 din totalul energiei electrice produse

10487131048713Anual producerea a 167 TWh energie electrică

1048713104871328 din totalul noilor capacităţi de producţie instalate(2001-2010)

10487131048713Asigurarea necesarului echivalent de energie pentru 34 milioane de

familii respectiv 86 milioane de persoane

10487131048713Investiţii de 49 miliarde Euro

10487131048713Susţinerea a mai mult de 30 din angajamentele asumate prin

Protocolul de la Kyoto

10487131048713Icircnlocuirea a 132 miliarde Euro din costurile pentru combustibili fosili

10487131048713Reducerea cu 109 milioane tone a emisiilor de CO2

10487131048713Reducerea externalităţilor anuale cu 18 ndash 46 miliarde Euro

10487131048713Reduceri cumulate de emisii CO2 de 523 milioane tone pentru perioada

2001-2010

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 40: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

World Wind Energy - Total Installed Capacity ltMWgt and Prediction 1997-2010

Puterea eoliană instalată şi predicţii pe 1997-2010

Sursa World Wind Energy Association

Energia eoliană ndash ţinta UE pentru 2020

1048713180000 MW instalaţi incluzacircnd 70000 MW offshore

10487131048713Generarea a 121 din energia electrică produsă icircn UE

10487131048713425 TWh energie anuală produsă icircn UE

1048713104871337 din noile capacităţi instalate icircntre 2010 şi 2020

1048713104871321 din totalul capacităţilor energetice instalate

10487131048713Asigurarea necesarului pentru 85 milioane de familii europene respectiv

pentru 195 milioane de personae

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 41: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Utilizarea energiei eoliene icircn Romacircnia

Regimul vacircnturilor icircn Romania

Pe teritoriul Romacircniei regimul vacircntului este determinat atacirct de particularităţile

circulaţiei generale a atmosferei(diferite sisteme barice care o traversează) cacirct şi de

particularităţile suprafeţei active Se pune icircn evidenţă rolul de baraj orografic al Carpaţilor

care determină anumite particularităţi regionale ale vacircntului Viteza medie anuală este

direct influenţată de orografie şi de stratificarea termică a aerului Icircn zona montană sunt

caracteristice viteze medii anuale care scad cu altitudinea de la 8 ndash 10 ms pe icircnălţimile

carpatice (2000-2500 m) pacircnă la 6 ms icircn zonele cu altitudini de 1800 ndash 2000 m pe

versanţii adăpostiţi vitezele anuale scad la 2-3 ms iar icircn depresiunile intramontane acestea

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 42: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

sunt de 1-2 ms Icircn interiorul arcului carpatic vitezele medii anuale oscilează icircntre 2 ndash 3 ms

iar icircn exteriorul Carpaţilor icircn Moldova acestea sunt de 4 ndash 5 ms mediile anuale cele mai

mari remarcacircndu-se icircn partea de est a ţării icircn Cacircmpia Siretului inferior (5 ndash 6 ms) pe

litoralul Mării Negre (6 ndash 7 ms) icircn Dobrogea şi Bărăgan (4 ndash 5 ms)

Regimul vacircnturilor şi frecvenţa lor icircn zona municipiului Iaşi este următoarea

N-V 35

S 11

S-E 11

S-E 11

N 11

Calm 22

Este evident faptul că zonele cele mai bune pentru amplasarea unor turbine eoliene icircn

Romania sunt cele cu vitezele medii cele mai mari respectiv litoralul Mării Negre Delta

Dunării Cacircmpia Siretului inferior şi Podişul Moldovenesc

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 43: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Harta potenţialului eolian al Romacircniei

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 44: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

In continuare se face o mica prezentare privind un scurt istoric al evolutiei energiei eolienede la inceputuri pana in prezent

Noţiuni generale

Moara de vacircnt este strămoşul generatoarelor eoliene Ea a apărut icircn Evul Mediu icircn Europa

şi a funcţionat la icircnceput cu ax vertical

Imagine a două mori de vacircnt

Mai tacircrziu morile se orientau după direcţia vacircntului şi au fost puse pacircnze pentru a capta

mai bine energia vacircntului

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 45: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Imagine a unei mori de vacircnt cu pacircnze

Prima moară de vacircnt cu pale profilate a apărut icircn secolul doisprezece Chiar dacă era

foarte simplă este totuşi vorba de prima cercetare aerodinamică a palelor Acestea au fost

utilizate icircn principal pentru pomparea apei sau pentru măcinarea gracircului

Icircn perioada Renaşterii inventatori celebrii ca Leonardo da Vinci s-au interesat foarte

intens de morile de vacircnt ceea ce a condus la numeroase inovaţii uneori inutile După acea

perioadă morile de vacircnt au fost icircntacirclnite mai des icircn Europa

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 46: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Mori de vacircnt olandeze (2006)

Revoluţia industrială a oferit un nou icircnceput pentru morile de vacircnt prin apariţia de noi

materiale Icircn consecinţă utilizarea metalului a permis modificare formei turnului şi creşterea

considerabilă a maşinilor pe care le numim pe scurt eoliene

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 47: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Moară de vacircnt (Germania de Nord)

Primele eoliene moderne apar icircn secolul XX beneficiind de toate dezvoltările tehnice şi

tehnologice ale perioadei De exemplu profilul palelor este studiat aprofundat iar inginerii se

inspiră după profilul aripilor de avion

Eoliană modernă

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 48: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Icircn prezent eolienele sunt aproape icircn totalitate cu ax orizontal cu excepţia modelelor cu

ax vertical ca cele cu rotor Savonius şi Darrieus care sunt icircncă utilizate dar sunt pe cale de

dispariţie

bull Rotorul lui Savonius icircn cazul căruia funcţionarea se bazează pe principiul tracţiunii

diferenţiale Eforturile exercitate de vacircnt asupra fiecăreia din feţele unui corp curbat au intensităţi

diferite

bullRotorul lui Darrieus se bazează pe principiul variaţiei periodice a incidenţei Un profil

plasat icircntr-un curent de aer icircn funcţie de diferitele unghiuri este supus unor forţe ale căror

intensitate şi direcţie sunt diferite Rezultanta acestor forţe determină apariţia unui cuplu motor

care roteşte dispozitivul

Imaginea unei eoliene Darrieus Schema rotorului lui Darrieus

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 49: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Eoliene Belgia

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 50: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Egiptenii au fost poate primii care au folosit energia generata de vant atunci cand au

navigat pe Nil in amonte in jurul secolului IV iHr Peste secole vasele cu panze aveau sa domine

marile si oceanele lumii servind in principal transportului comercial dar si in scopuri militare si

stiintifice Marile imperii ale erei noastre foloseau vasele cu panze pentru a controla si domina

marile Aceste vase cu panze sunt si astazi prezente pe apa insa sunt construite cu echipamente

moderne Utilizarea lor este insa cu totul alta ‐ fie ca vase sportive fie ca ambarcatiuni de

agrement

Energia eoliana a fost exploatata pe uscat de cand prima moara de vant a fost construita in

vechea Persie in secolul VII De atunci morile de vant sunt folosite pentru macinarea graului

pomparea apei taierea lemnului sau pentru furnizarea altor forme de energie mecanica Insa

exploatarea pe scara larga a aparut abea in secolul XX odata cu aparitia morilor de vant

moderne‐turbinele de vant ce pot genera o energie de 250 pana la 300 de km

Vacircntul este o mişcare a maselor de aer datorată icircncălzirii diferite a pămacircntului de către

soare De exemplu icircn timpul zilei la mare aerul de deasupra solului va fi icircncălzit mai repede

decacirct apa mării şi astfel aerul se mişcă dinspre mare spre uscat creacircnd brizele marine Noaptea

aerul de deasupra pămacircntului se răceşte mai repede decacirct apa mării şi astfel sensul mişcării

aerului este inversat creacircndu‐se brizele de coastă Moara de vacircnt icircn cea mai simplă formă a sa

poate avea două sau mai multe pale care se rotesc la trecerea unui curent de aer(vacircnt)

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 51: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Figura 91 Fotografia unei mori de vacircnt

din Creta

Unghiurile formate de pale cu direcția de icircnaintare a vacircntului determină diferențe de

presiune a arului pe anumite zone ale acestora conducacircnd la apariția unei mişcări de rotație icircn

jurul axului Axul poate antrena diverse mecanisme cum ar fi piatra morii care va măcina

boabele de porumb sau de gracircu sau pompe care pot extrage apa din izvoare ape curgătoare sau

lacuri O astfel de aplicație a fost folosită de‐a lungul mileniilor pentru stocarea apei icircn

rezervoare pentru a putea fi apoi utilizată la irigarea terenurilor agricole Pe insula Creta din

Grecia morile de vacircnt sunt folosite continuu de aproape

5000 de ani (Figura 91)

Turbinele eoliene produse actual variază de la turbine foarte mici de un metru sau chiar mai

puțin care pot fi utilizate icircn locuințe pacircnă la turbine foarte mari care sunt conectate direct la rețeaua

electrică fie independente sau icircn ferme sa parcuri eoliene

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 52: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Figura 92 Turbine eoliene de mică

dimensiune

O turbină eoliană lucrează invers unui ventilator icircn loc să utilizeze electricitatea pentru a

produce vacircnt turbina utilizează vacircntul pentru a produce electricitate Aerul icircn mişcare (vacircntul)

mişcă palele (forma palelor este astfel concepută icircncacirct fac să se rotească axul la care sunt ataşate)

ax conectat cu un generator pentru a produce electricitate (vezi Figura 93)

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 53: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Figura 93 Turbină eoliană de mare dimensiune

Electricitatea este trimisă prin linii de transmisie şi distribuție la o substație apoi spre

case birouri şi şcoli S e utilizează turnuri icircnalte sau stacirclpi pentru a poziționa turbina la o

icircnălțime suficientă pentru a avea un acces fără obstacole la vacircnt astfel icircncacirct rotorul să facă față

vacircnturilor celor mai puternice şi mai regulate O cutie de viteze şi un contactor sunt utilizate

pentru a asigura faptul că indiferent de fluctuațiile de viteză ale vacircntului turbina transmite

electricitate icircn rețea la frecvență (50Hz) şi tensiune (230 volți) corecte Contactorul rămacircne pe

poziția conectat pacircnă cacircnd vacircntul atinge nivelul la care turbina nu poate capta suficientă energie

eoliană moment icircn care trece pe poziția deconectat pentru a permite rotorului să se icircnvacircrtă liber

Turbine cu axe verticale şi orizontale

Există două clase principale de turbine eoliene care se rotesc icircn direcții diferite sau icircn jurul unor

axe diferite Mişcarea se poate face icircn jurul unor axe orizontale (ca la Ochiul Londonez sau o

moară de vacircnt tradițională olandeză) sau icircn jurul unor axe verticale (ca la un carusel)

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 54: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Figura 95 a) Turbină eoliană cu ax vertical - Quite Revolution 5 - sursa XC02 Low Carbon Engineering b) Turbină eoliană cu ax orizontal - Proven WT6000 - sursa Proven Energy

Eoliene cu ax vertical

Pilonii eolienelor cu ax vertical sunt de talie mică avacircnd icircnălţimea de 01 - 05 din icircnălţimea

rotorului Aceasta permite amplasarea icircntregului echipament de conversie a energiei

(multiplicator generator) la piciorul eolienei facilitacircnd astfel operaţiunile de icircntreţinere Icircn plus

nu este necesară utilizarea unui dispozitiv de orientare a rotorului ca icircn cazul eolienelor cu ax

orizontal Totuşi vacircntul are intensitate redusă la nivelul solului ceea ce determină un randament

redus al eolienei aceasta fiind supusă şi turbulenţelor de vacircnt Icircn plus aceste eoliene trebuiesc

antrenate pentru a porni pilonul este supus unor solicitări mecanice importante Din acest motive

icircn prezent constructorii de eoliene s-au orientat cu precădere către eolienele cu ax orizontal

Centralele cu ax vertical prezintă marele avantaj că nu sunt sensibile la direcţia vacircntului avacircnd

astfel un randament mai bun decţacirc cele cu ax orizontal Datorită acestui fapt centralele pot fi

amplasate şi icircn locuri mai puţin pretenţioase

Icircn funcţie de locaţia turbinelor ele poti fi turbine de ţărm şi turbine plasate icircn largul mărilor şi

oceanelor

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 55: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Eoliene cu ax orizontal

Funcţionarea eolienelor cu ax orizontal se bazează pe principiul morilor de vacircnt Cel mai

adesea rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic deoarece astfel se

obţine un bun compromis icircntre coeficientul de putere cost şi viteza de rotaţie a captorului eolian

ca şi o ameliorare a aspectului estetic faţă 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 puţin supuse unor solicitări mecanice importante şi au un cost mai scăzut

Există două categorii de eoliene cu ax orizontal

bull Amonte vacircntul suflă pe faţa palelor faţă de direcţia nacelei Palele sunt rigide iar rotorul

este orientat cu ajutorul unui dispozitiv după direcţia vacircntului

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 56: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

bull Aval vacircntul suflă pe spatele palelor faţă de nacelă Palele sunt flexibile iar nacela se auto-

orientează

Dispunerea amonte a turbinei este cea mai utilizată deoarece este mai simplă şi dă cele

mai bune rezultate la puteri mari nu are suprafeţe de direcţionare eforturile de manevrare sunt

mai reduse şi are o stabilitate mai bună

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 57: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Palele eolienelor cu ax orizontal trebuiesc totdeauna orientate icircn funcţie de direcţia şi

forţa vacircntului Pentru aceasta există dispozitive de orientare a nacelei pe direcţia vacircntului şi de

orientare a palelor icircn funcţie de intensitatea acestuia

Icircn prezent eolienele cu ax orizontal cu rotorul de tip elice prezintă cel mai ridicat interes

pentru producerea de energie electrică la scară industrială

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 58: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Clasificarea eolienelor

Icircn funcţie de puterea lor generatoarele eoliene pot fi clasificate

Diametrul palelor

Puterea nominală

Mică putere lt12 m lt 40 kW

Medie putere 12 la 45 m 40kW la 1 MW

Mare putere gt 46 m gt 1 MW

Ca ordin de mărime 1 MW reprezintă necesarul de putere a aproximativ 900 de locuinţe

de 3 persoane fără icircncălzirea electrică

Evoluţia puterii şi a taliei

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 59: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

45 MW 12 rotmin - masa totală 50 t

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 60: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Icircn prezent pe plan mondial ponderea energiilor regenerabile icircn producerea energiei

electrice este scăzută Se poate spune că potenţialul diferitelor filiere de energii regenerabile este

sub- exploatat Totuşi ameliorările tehnologice au favorizat instalarea de generatoare eoliene

icircntr- un ritm permanent crescător icircn ultimii ani cu o evoluţie exponenţială avacircnd o rată de

creştere de 25 icircn 2003

Filiera eoliană este destul de dezvoltată icircn Europa deţinacircnd poziţia de lider icircn topul

energiilor regenerabile Acest tip de energie regenerabilă asigură necesarul de energie electrică

pentru 10 milioane de locuitori Dealtfel 90 din producătorii de eoliene de medie şi mare

putere se află icircn Europa

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 61: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Repartiţia icircn Europa a energiei electrice produse pe baza eolienelor arată

diferenţe icircntre state Germania este liderul pe piaţa europeană icircn ciuda unei

icircncetiniri icircn 2003 a instalărilor

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 62: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Spania pe poziţia a doua continuă să instaleze intensiv parcuri eoliene Danemarca este

pe a treia poziţie avacircnd dezvoltate eoliene offshore şi trecacircnd la modernizarea eolienelor mai

vechi de 10 ani

(Sursa Wind energy barometer-EuroObservER 2004)

Costurile şi eficienţa unui proiect eolian trebuie să ţină seama atacirct de preţul eolienei cacirct de

cele ale instalării şi icircntreţinerii acesteia precum şi de cel al vacircnzării energiei O eoliană este

scumpă Trebuiesc realizate icircncă progrese economice pentru a se putea asigura resursele

dezvoltării eolienelor Se estimează că instalarea unui kW eolian costă aproximativ 1000 Euro

Progresele tehnologice şi producţia icircn creştere de eoliene din ultimii ani permit reducerea

constantă a preţului estimat Preţul unui kWh depinde de preţul instalării eolienei ca şi de

cantitatea de energie produsă anual Acest preţ variază icircn funcţie de locaţie şi scade pe măsura

dezvoltării tehnologiei

Icircn Germania şi Danemarca investitorii sunt fie mari grupuri industriale fie particulari sau

agricultori Această particularitate tinde să implice populaţia icircn dezvoltarea eolienelor Energia

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 63: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

eoliană este percepută ca o cale de diversificare a producţiei agricole Icircn Danemarca 100 000 de

familii deţin acţiuni icircn energia eoliană Filiera eoliană a permis de asemenea crearea de locuri de

muncă icircn diverse sectoare ca cele de producere a eolienelor şi a componentelor acestora

instalării eolienelor exploatării şi icircntreţinerii precum şi icircn domeniul cercetării şi dezvoltării Se

icircnregistrează peste 15 000 de angajaţi icircn Danemarca şi 30 000 icircn Germania direct sau indirect

implicaţi icircn filiera eoliană

Pală de 39 m pentru o eoliană de 25 MW

Icircn ultima perioadă datorită dezvoltărilor din domeniile electronicii de putere şi

controlului sistemelor de acţionare au devenit din ce icircn ce mai frecvente eolienele cu viteză

variabilă respectiv care permit reglarea vitezei turbinei eoliene icircn funcţie de viteza vacircntului

Tipuri de instalări

O eoliană ocupă o suprafaţă mică pe sol Acesta este un foarte mare avantaj deoarece

perturbă puţin locaţia unde este instalată permiţacircnd menţinerea activităţilor industriale sau

agricole din apropiere

Se pot icircntacirclni eoliene numite individuale instalate icircn locaţii izolate Eoliana nu este

racordată la reţea nu este conectată cu alte eoliene

Icircn caz contrar eolienele sunt grupate sub forma unor ferme eoliene Instalările se pot face

pe sol sau din ce icircn ce mai mult icircn largul mărilor sub forma unor ferme eoliene offshore icircn

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 64: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

cazul cărora prezenţa vacircntului este mai regulată Acest tip de instalare reduce dezavantajul sonor

şi ameliorează estetica

Fermă eoliană

Ferma eoliană offshore de la Middelgrunden (Danemarca)

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 65: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

SISTEME DE UTILIZARE A ENERGIEI ELECTRICE OBŢINUTE DIN ENERGIE EOLIANĂ

Posibilităţile de utilizare a energiei electrice obţinute din energie eoliană sunt multiple iar

icircn continuare se prezintă cacircteva asemenea sisteme tehnice care icircnglobează turbine eoliene

Sistem pentru utilizarea casnică a energiei electrice eoliene

Icircn figura 636 este prezentat un sistem casnic de producere şi utilizare a curentului electric continuu şi alternativ cu ajutorul unei turbine eoliene de dimensiuni mici şi putere redusă

Fig 636 Sistem casnic de utilizare a unei turbine eoliene

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 66: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Acest sistem permite atacirct alimentarea unor consumatori de curent continuu cacirct şi alimentarea

unor consumatori de curent alternativ

Sistem pentru pomparea apei cu ajutorul unei turbine eoliene

Icircn zonele icircn care apa se găseşte icircn cantităţi limitate dar există apă freatică la adacircncime şi

vacircntul suflă icircn mod regulat (situaţie tipică pentru zonele deşertice sau uscate) se poate utiliza cu

succes o turbină eoliană pentru pomparea apei la suprafaţă icircn vederea utilizării ulterioare a

acesteia Schema unui asemenea sistem este prezentată icircn figura 37

Fig 637 Sistem pentru pomparea apei freatice la suprafaţă cu turbină eoliană

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 67: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Acest sistem este utilizabil şi icircn agricultură pentru irigaţii icircn zone secetoase pentru pomparea

apei din racircuri etc

Practic exploatarea unui asemenea sistem eolian de pompare a apei este aproape gratuită

exceptacircnd eventualele costuri de icircntreţinere şi metenanţă Costurile privind investiţia iniţială

trebuie analizate icircn contextul importanţei economice şi sociale a unei asemenea investiţii care

poate rezolva o serie de probleme grave generate de lipsa apei icircn anumite regiuni

Sisteme eoliene hibride pentru producerea energiei electrice

Icircn unele situaţii mai ales icircn sisteme de dimensiuni reduse producerea energiei electrice

cu ajutorul turbinelor eoliene poate fi asigurată şi de sisteme alternative Astfel icircn figura 638

este prezentat un sistem pentru producerea energiei electrice care include şi un generator de

curent electric antrenat de un motor termic

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 68: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Fig 638 Sistem eolian hybrid

Motorul va funcţiona numai icircn condiţiile icircn care viteza vacircntului este prea mică sau prea mare deci numai dacă nu este posibilă exploatarea turbinei eoliene

Icircn figura 639 este prezentat un sistem hibrid pentru producerea curentului electric cu

ajutorul surselor regenerabile de energie

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 69: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Fig 639 Sistem hibrid pentru producerea curentului electric utilizacircnd surse regenerabile de energie

Acest sistem include icircn plus faţă de sistemul prezentat anterior şi o baterie de panouri

fotovoltaice iar energia electrică furnizată de acestea este stocată icircn acumulatori

Dacă vacircntul este prea slab sau prea puternic şi dacă nu se manifestă nici suficientă radiaţie

solară pentru a fi posibilă funcţionarea panourilor panourilor fotovoltaice poate fi utilizat

motorul cu ardere internă pentru producerea energiei electrice

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 70: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

4SURSE EOLIENE

GENERALITĂŢI

Definiţie

Energia eoliana este energia conținuta de forta vacircntului ce bate pe suprafata

pamantului Exploatata ea poate fi transformata in energie mecanica pentru pomparea apei de

exemplu sau macinarea graului la mori ce functioneaza cu ajutorul vantului Prin conectarea

unui rotor la un generator electric turbinele de vant moderne transforma energia eoliana ce

invarte rotorul in energie electrica

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 71: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Utilizări

La sfacircrşitul anului 2006 capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de

73904 MW acestea producacircnd ceva mai mult de 1 din necesarul mondial de energie

electrică Deşi icircncă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ărilor ț

produc ia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori icircntre 1999 şi 2006 ajungacircndu se caț ‐

icircn unele ări ponderea energiei eoliene icircn consumul total de energie să fie semnificativ ț

Danemarca(23) Spania (8) Germania (6) Vacircnturile sunt formate din cauză că soarele nu

icircncălzeşte Pamacircntul uniform fapt care creează mişcări de aer Energia cinetică din vacircnt poate fi

folosită pentru a roti nişte turbine care sunt capabile de a genera electricitate Unele turbine pot

produce 5 MW deşi aceasta necesită o viteză a vacircntului de aproximativ 55 ms sau 20 de

kilometri pe oră Puține zone pe pămacircnt au aceste viteze ale vacircntului dar vacircnturi mai puternice

se pot găsi la altitudini mai mari şi icircn zone oceanice

Producerea energiei electrice din forţa vacircntului Procesul de conversie

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 72: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Principiu de conversie

Incepacircnd din 1950 palele tradiționale au fost icircnlocuite cu unele rigide de formă aerodinamică (ca

cele ale elicei unui avion) care sunt mult mai eficiente icircn captarea energiei vacircntului Procesul

este similar pentru turbinele eoliene de orice dimensiune

O aplicație mai recentă este cea a producerii curentului electric prin conversia energiei

eoliene Energia cinetică a vacircntului este transmisă palelor unei turbine eoliene cere la racircndul lor

antrenează un arbore (ax) cuplat cu un generator electric care transformă astfel forța vacircntului icircn

energie electrică Această aplicație s‐a dovedit a fi deosebit de eficientă iar icircn prezent icircn multe țări din lume o bună parte a energiei electrice se produce icircn cadrul aşa ziselor ferme sau parcuri

eoliene Fermele sau parcurile eoliene sunt amplasate icircn zone icircn care vacircntul este suficient de

puternic şi constant Pe suprafețe mai mari sau mai mici de teren sunt amplasate zeci de turbine

eoliene de mare capacitate cele mai noi avacircnd puteri instalate uriaşe situate icircntre 1 şi 5 MW

Electricitatea generată este utilizată icircn locuințe şcoli birouri şi fabrici

Proiectarea turbinelor eolieneParametrii fundamentali pentru proiectare sunt

bull Numărul de pale optim fiind trei pentru echilibrarea rotorului

bull Lungimea palelor puterea turbine creşte proporțional cu suprafața măturată

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 73: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

bull Poziția palelor icircn raport cu turnul majoritatea palelor sunt poziționate icircn vacircnt (up wind) pentru

a evita generarea de zgomot cacircnd aripa trece prin fața turnului

Diagrama de mai jos arată cacircteva piese şi părți din interiorul turbinei eoliene

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 74: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Figura 94 Componentele mecanice ale turbinei eoliene - această turbină este orientată icircn vacircnt) - sursa Alliant Kids Energy

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 75: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Viteza vacircrfului palei este ținută icircn general constantă astfel icircncacirct cu cacirct este mai mare turbina cu

atacirct rotorul se icircnvacircrte mai icircncet Invers turbinele de mică dimensiune adică mai mici de 3 metri

se rotesc suficient de repede astfel icircncacirct ele pot ajunge la frecvența rețelei electrice fără a necesita

o cutie de viteze step up

Impactul asupra mediului

Generarea de curent electric cu ajutorul turbinelor eoliene are un impact mic asupra mediului icircn

comparație cu modalitățile convenționale icircn care se foloseau combustibilii fosili Mediul nu este

poluat şi singurele efecte semnificative sunt cele vizuale şi zgomotul de nivel redus Pentru

majoritatea turbinelor impactul vizual nu este mai semnificativ decacirct acela al stalpilor de inalta

tensiune care transportă curentul electric din centrale de mare putere la centre de distribuție unde

tensiunea este adusă la un nivel corespunzător utilizării icircn gospodării Icircn Romacircnia numărul

stacirclpilor de icircnaltă tensiune este foarte mare pe cacircnd numărul turbinelor eoliene este mic (existacircnd

instalate doar 5 turbine eoliene de mare putere) aşa că impactul vizual nu constituie o problemă

Icircn orice caz oamenii sunt obişnuiți să vadă stacirclpi de icircnaltă tensiune şi nu turbine eoliene chiar şi

icircn zonele cu o frumusețe naturală deosebită aşa că s‐au iscat adevărate dezbateri icircn această

privință şi subiectul a devenit un aspect al

autorităților de planificare

Resursele de energie eoliană

Viteza vacircntului variază atacirct pe perioade mici (cacircteva secunde) cacirct şi pe o durată mai mare de cacircteva ore Icircn consecință există o ieşire de putere continuu variabilă atacirct pe termen scurt cacirct şi lung (Figura 911) Dacă generatorul electric al turbinei este singura sursă de curent electric atunci există momente de‐a lungul unei zile cacircnd cererile de energie nu sunt satisfăcute şi unele dispozitive electrice din gospodărie trebuie să fie oprite pentru a putea menține frecvența şi tensiunea De exemplu icircn Marea Britanie icircn insula Fair situată icircntre Orkney şi insulele Shetland de peste 20 de ani se face icircn acest caz oprirea automată a sistemelor

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 76: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Măsurarea şi utilizarea iesirii

Modalitatea ştiinţifică de a măsura viteza vacircntului este montarea unui anemometru pe un stacirclp cu

un mindicator al direc ț iei care să măsoare direc ț ia vacircntului Măsurătorile ar trebui realizate de la

icircnăl ț imea axului turbinei (Figura 913)

Figura 913 Suport al anemometrului şi al indicatorului de direcţie aliniate la icircnălţimea axului turbinei eoliene

Pentru a determina puterea anuală debitată măsurătorile trebuie să fie desfăşurate atacirct vara cacirct şi iarna Din fericire icircn Romacircnia puterea vacircntului este mai mare iarna cacircnd creşte şi cererea de energie electrică Faceți diferența dintre aceste rezultate şi cele ale celulelor fotovoltaice care generează mai mult curent electric icircn timpul verii O combinație de celule fotovoltaice şi turbine eoliene va reprezenta o sursă mai robustă de curent electric decacirct s‐ar fi obținut dacă cele două ar fi fost folosite separat dar această soluție nu este fiabilă din vedere economic icircn stadiul actual al dezvoltării tehnologicePentru majoritatea turbinelor eoliene puterea icircncepe să fie generată la o viteză de aproximativ 3 ms La mai mult de 8 ms putere debitată creşte din ce icircn ce mai lent şi se saturează la peste 10‐12 ms (Figura 915) Pentru turbinele de dimensiuni mici cea mai importantă este o putere a vacircntului cuprinsă icircntre 3 şi 8 ms deoarece asigură o generare importantă de curent electric aceasta fiind preferabilă față de o generare de cantități mici pe perioade mai mari de timp

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 77: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Consideraţii privind amplasarea şi planificarea

Regulile de planificare variază pe cuprinsul Europei şi chiar şi icircn cadrul aceluiaşi stat

deoarece regulamentul detaliat şi deciziile de planificare sunt de multe ori stabilite de guvernul

local Permisiunile de planificare pot fi solicitate pentru orice fel de turbină eoliană şi vor fi cu

siguranță necesare pentru orice construcție de peste 4 m icircnălțime Autoritățile de planificare

trebuie icircntotdeauna contactate icircnainte de a hotăricirc amplasarea unei turbine eoliene acest lucru

permițacircnd aflarea procedurii exacte care se aplică pentru a primi o autorizație icircn acest sens

Turbinele eoliene necesită un acces continuu la sursa de vacircnt dacă se doreşte funcționarea lor

optimă Deoarece copacii clădirile şi dealurile pot bloca curenții de aer şisau cauza

turbulențe amplasarea turbinelor icircn apropierea lor poate reduce cantitatea de curent electric

care va fi generată de dispozitiv Aşadar planificarea locului icircn care va fi plasată turbina pentru a

maximiza cantitatea de energie electrică obținută este foarte importantă

Măsurarea vitezei vacircntului icircnainte de a amplasa turbina icircntr‐un anumit loc este foarte importantă

(vezi secțiunea 921) Acest lucru poate dura pacircnă la un an

Majoritatea turbinelor eoliene necesită o locație deschisă cu viteze medii ale vacircntului de cel puțin

12 km pe oră

Avantaje

Icircn contextul actual caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de

producerea energiei din arderea combustibililor fosili devine din ce icircn ce mai importanta

reducerea dependenței de aceşti 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 şi modelul de dezvoltare prin descentralizarea

surselorEnergia eoliana in special este printre formele de energie regenerabila care se pretează

aplicațiilor la scara redusa Tipuri de sisteme eoliene de mici capacităti (sisteme eoliene

autonome)

bull Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante şi gaze cu

efect de seră datorită faptului că nu se ard combustibili

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 78: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

bull Nu se produc deşeuri Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici a unui fel

de deşeuri

bullCosturi reduse pe unitate de energie produsă Costul energiei electrice produse icircn

centralele eoliene moderne a scăzut substanțial icircn ultimii ani ajungacircnd icircn SUA să fie

chiar mai mici decacirct icircn cazul energiei generate din combustibili chiar dacă nu se iau icircn

considerare externalitățile negative inerente utilizării combustibililor clasici

Icircn 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 80 iar previziunile

sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun icircn funcțiuni tot mai multe unități eoliene

cu putere instalată de mai mulți megawați

1 MW = 1000000 W = 1 x 106 W

Ca unitate de măsură a puterii energiei electrice furnizate de centralele electrice watt‐ul este o

unitate mult prea mică De aceea icircn exprimarea concretă a puterii debitate recepționate şisau

folosite icircn industrie şi economie megawatt‐ul este multiplul folosit ca unitate de măsură a

puterii icircn locul watt‐ului

bull Costuri reduse de scoatere din funcţiune Spre deosebire de centralele nucleare de exemplu

unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de cacircteva ori mai mare decacirct costurile centralei icircn

cazul generatoarelor eoliene costurile de scoatere din funcțiune la capătul perioadei normale de

funcționare sunt minime acestea putacircnd fi integral reciclate

Dezavantaje

La icircnceput un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de

mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor Icircn ultimii ani icircnsă

prețul de producție pe unitate de energie electrică a scăzut drastic ajungacircnd pacircnă la cifre

de ordinul 3‐4 eurocenți pe kilowatt oră prin icircmbunătățirea parametrilor tehnici ai

turbinelor

Un wattoră notat Wraquoh sau Wh este o unitate de măsură pentru energie egală cu cantitatea de

energie transferată de un proces care transferă o putere de un watt timp de o oră Watt‐ora nu face

parte din Sistemul Internațional icircn care unitatea de măsură pentru energie este joule‐ul (J)

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 79: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Echivalența este data de 1wh=3600 J=36 kJ Sistemul Internațional conține şapte unităţi

fundamentale metrul kilogramul secunda amperul kelvinul molul şi candela

Icircn practică se utilizează adesea unități formate din wh cu prefixe kilowattora (kWraquoh)

megawattora (MWlaquoh) gigawattora (GWraquoh) şi uneori terawattora (TWraquoh) Acestea se

utilizează icircn special la specificarea producției sau consumului de energie

electrică (uneori şi termică sau pentru combustibili)

Valorile echivalente icircn joule sunt

1 kWh=36 MJ

1 MW‐h=36 GJ

1 GWh=36 TJ

1 TWh=36 PJ

Se utilizează adesea formularea eronată kilowatt pe oră (kWh) Icircn realitate watt‐ul şi kilowatt‐ul

sunt unități de măsură pentru putere acestea icircnmulțite cu o unitate de măsură pentru timp dau

unități de măsură pentru energie (energia este puterea icircnmulțită cu timpul sau invers puterea

este energia transferată icircn unitatea de timp)

Un alt dezavantaj este şi poluarea vizuală ‐ adică au o apariție neplăcută ‐ şi de asemenea

produc poluare sonoră (sunt prea gălăgioase) Alții susțin că turbinele nuri

afectează mediul şi ecosistemele din icircmprejurimi omoracircnd păsări şi necesitacircnd teremari virane

pentru instalarea lor

Argumente icircmpotriva acestora sunt că turbinele moderne de vacircnt au o apariție atractivă stilizată

că maşinile omoară mai multe păsări pe an decacirct turbinele şi că alte i

surse de energie precum generarea de electricitate folosind cărbunele sunt cu mult madăunătoare

pentru mediu deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 80: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Un dezavantaj practic este variația icircn viteza vacircntului Multe locuri pe Pămacircnt nu pot produce

destulă electricitate folosind puterea eoliană şi din această cauză energia eoliană nu este viabilă

icircn orice locație

Prezentare

O turbină eoliană este un dispozitiv ce transformă mişcarea cinetică a palelor unei elice icircn energie

mecanică Dacă această energie mecanică este apoi transformată icircn electricitate avem de-a face

cu un generator alimentat cu vacircntconvertor de energie eoliană

Cum funcţionează o turbină eoliană

Principiul de funcţionare al unei turbine eoliene pentru producţie industrială de energie electrică

este relativ simplu forţa vacircntului care acţionează asupra rotorului turbinei determină punerea

acestuia icircn mişcare antrenacircnd prin intermediul unui reductor un generator electric Curentul

electric obţinut este fie transmis spre icircmagazinare icircn baterii şi folosit apoi cu ajutorul unui

invertor DC-AC (icircn cazul turbinelor de mică capacitate) fie livrat direct reţelei de curent

alternativ (AC) spre distribuitori Variantele constructive diferă de la producător la producător

existacircnd icircn momentul de faţă două variante majore de acţionare a generatorului clasică (prin

intermediul unui sistem cu doi arbori cu viteze diferite şi reductor) şi directă (rotorul antrenează

direct un generator electric cu un număr mai ridicat de poli) Icircn momentul de faţă varianta clasică

este cea mai răspacircndită

Sistemul se bazeaza pe un principiu simplu Vacircntul pune icircn mişcare palele care la racircndul lor

acţionează generatorul electric Sistemul mecanic are icircn componenţă şi un multiplicator de viteză

care acţioneza direct axul central al generatorului electric

Toate turbinele eoliene au aparate proprii de măsurare a parametrilor vacircntului şi pe baza

informaţiilor culese de acestea computerul propriu realizează ajustările necesare pentru o

funcţionare optimă fără să fie necesară icircn permanenţă prezenţa unui operator uman

Trebuie spus că funcţionarea unui generator electric acţionat de o turbină eoliană modernă

trebuie să producă energie electrică de calitate la frecvenţa necesară debitării icircn sistemul

energetic la care este conectat Fiecare turbină trebuie să funcţioneze independent controlată

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 81: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

automat ca o minicentrală electrică Este de neconceput ca o turbină eoliană modernă să necesite

multe activităţi de icircntreţinere tehnologiile IT reuşind să asigure raportul optim cost-profit Se

porneşte de la premiza că o turbină eoliană modernă trebuie să funcţioneze continuu automat

fără supraveghere umană cu minimum de icircntreţinere timp de cel puţin 20 de ani

Problema tehnică şi conceptuală ce trebuie menţionată şi care este pe cale de a fi rezolvată este

cea a reglării automate a vitezei de rotaţie a rotorului eolian şi implicit a reglării turaţiei

generatorului electric pentru a permite debitarea energiei produse icircn parametrul de frecvenţă al

sistemului energetic

Cu toate acestea este imperios necesară menţionarea riscurilor legate de valorificarea energiei

eoliene cuprinse icircn studiul icircntocmit de profesorul canadian Herbert Inhaber icircn 1979 studiu care cu

toate bdquocuceririlerdquo tehnice tehnologice sau ştiinţifice icircşi menţine actualitatea Acesta susţine că deşi

energia eoliană este practic nepoluantă privind icircn totalitate procesul de la captarea propriu-zisă a

vacircntului pacircnă la furnizarea energiei electrice se constată că producerea materialelor din care

urmează să se realizeze agregatele şi construcţiile auxiliare precum şi execuţia acestora includ nişte

riscuri

considerate mai mari decacirct cele incluse icircn producerea unei energii electrice echivalente pe cale

nucleară Putem afirma cu certitudine că icircn acest studiu s-au pus bazele analizei impactului de mediu

pe baza ciclului de viaţă al produselor

Pe de altă parte utilizarea tehnologiilor avansate care icircnglobează mult mai multe contribuţii

intelectuale decacirct materiale care consumă foarte puţine resurse naturale este soluţia dezvoltării

industriei energiilor primare regenerabile Este exact ceea ce presupunebdquoStrategia de la Lisabonardquo

privind viitorul Uniunii Europene

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 82: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

5INFLUENTA APARITIEI SURSELOR EOLIENE

ASUPRA RETELEI DE DISTRIBUTIE A ENERGIEI

ELECTRICE

Impact asupra sistemului electroenergetic național

Utilizarea surselor regenerabile de energie are un impact semnificativ asupra sistemului

electroenergetic național fiind necesare

mdash studii privind impactul preluării energiei electrice realizate cu turbine eoliene microhidro și

prin cogenerare utilizacircnd biomasă icircn rețeaua electrică de transport și distribuție (tensiuni mai

mari sau egale cu 110 kV) icircn diferite scenarii icircn zone cu potențial ridicat

mdash dezvoltarea rețelelor de transport și distribuție icircn concept de smart grid

mdash construcția de noi capacități de producere a energiei electrice cu flexibilitate ridicată icircn

funcționare și dezvoltarea pieței de capacități pentru contracararea șisau limitarea efectelor

negative ale variabilității necontrolabile a energiei eoliene și microhidro

Potențialul național al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG)

Sistemul energetic romanesc ar trebui multiplicat de cel putin opt ori pentru a prelua toate

turbinele pentru care exista cereri de racord

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană
Page 83: Copy of Surse Neconventionale de Aliment Are Cu Energie Electrica Nou

Transportatorul de energie Transelectrica (TEL) a primit in ultimii doi ani solicitari de racordare

a turbinelor eoliene la retea insumand 22800 MW insa puterea maxima suportata de sistem este

de 2660 MW de peste opt ori mai redusa

In ultimii doi ani Transelectrica a primit cereri pentru racordare de

centrale electrice eoliene insumand 22800 MW Acest volum semnificativ de cerere de putere

instalabila in centrale eoliene depaseste cu mult posibilitatile actuale de reglaj din sistemul

electroenergetic national

Puterea maxima instalabila in centrale eoliene () este de 2660 MW se arata intr-un proiect al

Transelectrica publicat pe pagina de Internet a Autoritatii Nationale de Reglementare in domeniul

Energiei (ANRE)

Regiunea Dobrogei este catalogata de expertii europeni in energie alternativa ca avand cel mai

mare potential eolian terestru din sud-estul Europei Cu toate acestea deocamdata in Romania

sunt instalate doar cateva turbine totalizand 14 MW adica 002 din productia nationala in

conditiile in care potentialul eolian al tarii poate depasi 14000 de MW

Insa marea problema a Romaniei este legata de capacitatea redusa a sistemului energetic de a

prelua electricitatea produsa de aceste turbine eoliene in conditiile in care resursa eoliana este

fluctuanta si greu de prognozat iar productia de energie trebuie estimata cat mai precis in

prealabil pentru a nu exista nici deficit nici excedent de electricitate in sistem

  • SURSE DE ALIMENTARE PENTRU REŢELELE ELECTRICE
  • DE JOASĂ TENSIUNE
  • Cum funcţionează o turbină eoliană