CuprinsCAPITOLUL 12INTRODUCERE N UTILIZAREA ENERGIEI EOLIENE PENTRU O DEZVOLTARE DURABIL21.1.Energia provenit din surse regenerabile4CAPITOLUL 213CARACTERISTICILE CONSTRUCTIVE ALE TURBINELOR DE VNT132.1. Lista productorilor mondiali de turbine eoliene212.2. Principalele tipuri de turbine eoliene folosite n Romnia22CAPITOLUL 327ANALIZA DATELOR DE VNT CU MSURATORI DE SATELIT I MODELE NUMERICE273.1.Evaluarea climatului vntului din Marea Neagr273.2.Modele de reanalizNCEP i ECMWF30CAPITOLUL 433EVALUAREA POTENIALULUI EOLIAN334.1.Potenialul eolian din Romnia35CAPITOLUL 538ENERGIA EOLIAN N MEDIUL MARIN38CAPITOLUL 640CONCLUZII407.1. Avantaje407.2. Dezavantaje41CAPITOLUL 842BIBLIOGRAFIE42ANEXE43
CAPITOLUL 1INTRODUCERE N UTILIZAREA ENERGIEI EOLIENE PENTRU O DEZVOLTARE DURABILObiectivul prezentei lucrri este acela de a pune n practic o strategie energetic pentru valorificarea potenialului surselor regenerabile de energie n special energia eolian.Populaia mondial crete cu aproximativ 50 milioane de oameni n fiecare an, iar acest fapt conduce la o cretere a necesarului i, implicit, a consumului mondial de energie. Principalele surse de energie valorificate i utilizate la nivel mondial sunt reprezentate de combustibilii fosili, n proporie de aproximativ 78% din totalul energiei produse, iar acest consum de combustibili fosili degradeaz att mediul nconjurtor ct i calitatea vieii umane, n toate implicaiile administrative, sociologice, politice, economice i culturale ale acesteia [1].Prelucrarea petrolului, gazelor naturale sau a elementelor radioactive sunt considerate a fi surse neregenerabile deoarece odat folosite ele nu mai pot fi nlocuite. n ultimii ani o atenie deosebit a fost acordat utilizrii resurselor regenerabile care spre deosebire de sursele convenionale de energie extrase din scoara Pmntului acestea au capacitatea de a se regenera n mod natural.Mediul ne ofer totul pentru a satisface multe dintre nevoile noastre vitale.Este de datoria noastr s l protejm i s l exploatm ntr-un mod rezonabil; sunt n joc sntatea i chiar supravieuirea noastr. nc de la nceputul anilor 70, Europa s-a angajat n mod ferm s respecte mediul: protecia calitii aerului i a apei, conservarea resurselor i a biodiversitii, gestionarea deeurilor i controlul activitilor care au un impact negativ asupra mediului sunt doar cteva dintre domeniile de aciune ale UE, att la nivelul statelor membre, ct i la nivel internaional. Fie c este vorba de msuri corective care vizeaz probleme specifice de mediu sau de msuri transversale integrate n alte domenii de politici, politica european n domeniul mediului, bazat pe articolul 174 din Tratatul de instituire a Comunitii Europene, este menit s asigure dezvoltarea durabil a modelului social european.[2]Conceptul de dezvoltare durabil a luat natere acum cam 40 de ani, ca rspuns la apariia problemelor de mediu i a crizei resurselor naturale, n special a celor legate de energie. Practic, Conferina privind Mediul de la Stockholm din 1972 este momentul n care se recunoate c activitile umane contribuie la deteriorarea mediului nconjurtor, ceea ce pune n pericol viitorul Planetei. Ca rspuns la numeroase crize ale petrolului nregistrate n anii anteriori, n prezent se nregistreaz un progres semnificativ al industriei resurselor regenerabile, susinut n mare parte de diverse aciuni legislative. Un bun exemplu n acest sens este Danemarca care i asigur aproximativ 20% din totalul de electricitate necesar din utilizarea surselor naturale, existnd perspective reale de a obine 50% pn n anul 2025.Dup declanarea crizei energetice mondiale din 1973, omenirea s-a confruntat cu o problem major limitarea i epuizarea, ntr-un viitor apropiat, a resurselor energetice clasice: gaz-metan i petrol(n special)[3] astfel c toate statele lumii au fost obligate s-i revizuiasc politica energetic i s fac investiii importante pentru dezvoltarea cercetrilor n direcia obinerii i folosirii de noi resurse energetice. Astfel s-a produs o substanial intensificare a cuttorilor, cercetrilor i perfecionrilor n domeniul echipamentului i au fost puse la punct tehnici i tehnologii noi, de captare i valorificare a unor forme noi de energie cum ar fi: energia solar, energia geotermal, energia vntului, energia valurilor i a mareelor, energia nuclear, energia biomasei.La nivel European sunt planuri de a obine rezultate similare, unul din cele mai ambiioase programe fiind EUROPE 2020 prin care se dorete reducerea emisiilor poluante cu cel puin 20% in comparaie cu nivelul din 1990 sau cel puin cu 30% ntr-un scenariu mai optimist. De asemenea se dorete creterea aportului de energie regenerabil la consumul total al comunitii europene cu cel puin 20% i o cretere de circa 20% n ceea ce privete eficiena energetic.Industria eolian este sectorul cu cea mai rapid dezvoltare n ultimii ani, n care la nivel European se nregistra o capacitate cumulat n cretere care a pornit de la 2.5GW (1995), 12.8GW (2000), 40.5GW (2005) i ajungnd la 94GW (n 2011). Raportat la 2011 cele mai mari capaciti instalate sunt nregistrate n Germania (29.1GW), Spania (21.7GW) fiind urmate de Frana, Italia i Marea Britanie cu aproximativ 6.7GW.[4]Raportat la energia intern produs, din aceast resurs natural Danemarca i asigur 26%, Spania i Portugalia 16%, Germania 11% n timp ce Romnia nregistreaz 4%.1.1. Energia provenit din surse regenerabileEnergia regenerabil are mai multe forme care depind (direct sau indirect) n mare parte de energia solar. n mod direct aceast energie poate fi folosit pentru nclzire folosind colectoare solare sau pentru a produce electricitate prin intermediul sistemelor fotovoltaice. Energia eolian i cea hidroelectric pot fi considerate manifestri indirecte fiind cauzate de nclzirea diferit a suprafeei Pmntului de ctre Soare, care duce la deplasarea maselor de aer i la formarea de precipitaii prin evaporarea particulelor de ap. Energia din biomas rezult din procesele de fotosintez n care lumina solar are un rol semnificativ n dezvoltarea plantelor, constituind o alt form de energie solar indirect. Valurile mrii pot fi considerate i ele o form concentrat de energie solar, fiind produse n urma aciunii vnturilor de suprafa. n schimb energia mareelor nu intr n aceast categorie, fiind influenat de forele gravitaionale ale Soarelui i Lunii, la care se adaug i rotaia Pmntului. Energia geotermal este o alt form de energie regenerabil care se axeaz de aceast dat pe folosirea cldurii stocat n interiorul Pmntului.1.1.1. BiomasaBiomasa este un termen general folosit pentru a descrie materii care au origine biologic i care pot fi valorificate din punct de vedere energetic pe baza elementelor chimice componente. Lemnul este considerat principala surs din acest sector energetic, fiind folosit nc din cele mai vechi timpuri pentru nclzirea locuinelor i n prepararea hranei.La ora actual cele mai utilizate procese n industria biomasei sunt:-fermentaie: se folosesc diverse enzime sau bacterii pentru a descompune materia vegetal obinndu-se n acest mod etanol sau metan [5].- ardere: este una din cele mai simple metode n care la nivel industrial n urma arderii se obine abur folosit la generarea de electricitate sau eventual pentru furnizarea apei calde.- conversie: se urmrete transformarea biomasei n gaz sau combustibil lichid folosind substane chimice sau cldur (gazeificare).
Figura 1.1. Surse de biomas n UE( 24 tari) i Norvegia, raportate la sfaritul anului 2008Pentru ri cum ar fi Germania, Italia sau Spania, o parte din energie este asigurat din prelucrarea fructelor i a plantelor, care sunt folosite n producia de carburani. n Romnia, Cehia sau Frana se observ o utilizare intens a lemnelor de foc n timp ce pentru rile scandinave cum ar fi Finlanda sau Suedia exist interes pentru folosirea apelor uzate, tendin care nu este att de accentuat n celelalte ri.1.1.2. Energia geotermalCu fiecare 1000m parcuri spre centrul Pmntului temperatura crete cu circa 30 astfel c la 3000m adncime, temperatura va fi suficient de mare pentru a fierbe apa [6], iar la o adncime i mai mare se obin aburi (la 200) sub presiune care folosii n acionarea unor generatoare produc energie electric. Cu toate c energia geotermal este considerat a fi regenerabil n unele cazuri, cum este centrala Landarello (Italia) care produce n jur de 10% din totalul de energie global (din astfel de resurse) se nregistreaz o scdere a presiunii aburului cu circa 30% raportat la anul 1950 [7].La nivel global se observ o distribuie predominant a energiei geotermale n preajma Cercului de foc al Pacificului care este situat ntre cele dou Americi, EuroAsia i Australia n care se nregistreaz o activitate vulcanic intens. n Figura 1.2. este prezentat o hart a principalelor proiecte care folosesc energia geotermal pentru a produce energie electric. Din aceasta se poate observa c America de Nord domin la acest capitol prin capacitatea instalat, fiind urmat de Indonezia, Thailanda, Kenya, China, Islanda i chiar i de Portugalia (prin Insula Porto Santos).
Figura 1.2. Distribuia la nivel global a proiectelor geotermale care produc electricitateCele mai importante proiecte de acest fel sunt:Utah: Aceasta a fost dezvoltat de compania Raser Technologies, Inc. n 2009 i folosete energia geotermal la o temperatur medie de circa 271o care provine de la o adncime ce variaz ntre 640-1830m. Oraul Anaheim aflat n apropiere a semnat un contract prin care i asigur producia de energie electric pentru urmtorii 20 de ani, a crei central va produce n jur de 10MW. Din studiile preliminare s-a evaluat c potenialul zonei este de circa 230MW, energie care este mai mult dect necesar pentru a putea aproviziona un sfert din statul Utah.Harry Reids: acest proiect este n faza de implementare n statul Nevada prezentnd potenialul de a produce n jur de 24MW folosind un sistem mixt de panouri fotovoltaice (80000 de uniti) la care se adug i o central care folosete tehnologia geotermal.Ohaaki: este situat in Noua Zeeland i are ca element caracteristic un turn de rcire cu o nlime de 105m. Aceasta funcioneaz din 1989, are o capacitate de 108MW i furnizeaz anual circa 750GWh, care raportat la producia naional de energie nseamn circa 3% [8].Nesjavellir: aceasta se afl n Islanda i poate produce att energie electric (90MW) ct i energie termal (300MW) prin intermediul a 17 puuri de forare ale cror adncime variaz de la 1000 la 2000m, nregistrandu-se o temperatur maxim de 380 [9].
Figura 1.3. Proiecte geotermale de capaciti mari: a) Utah; b) Harry Reid; c) Ohaaki i d) Nesjavellir1.1.3. HidroelectricitateEnergia hidroelectric se refer n general la energia produs cu ajutorul barajelor de dimensiuni mari. Ea folosete deplasarea maselor de ap, care n prima faz sunt stocate ntr-un bazin de alimentare aflat n partea superioar a barajului. Datorit diferenelor de nlime, apa este trimis prin intermediul unor tunele de alimentare ctre turbine unde energia cinetic stocat va fi transformat n energie mecanic, iar mai apoi n energie electric prin acionarea unor generatoare.
Figura 1.4. Principiul de funcionare al unei centrale hidroelectricen prezent se folosesc trei tipuri de centrale [10]:a) pe firul apei: de capacitate mai mici, n care se face o deviere a cursului unui ru i o parte din ap acestuia este trimis pe un curs secundar care ajunge la central producnd energie n mod continuu.b) cu acumulare: innd cont de cantitatea mare de energie produs de astfel de centrale care nu poate fi stocat, prin intermediul unui baraj se stocheaz apa care este folosit pentru a produce energie atunci cnd exist cererere.c) cu acumulare prin pompare: acestea folosesc o cantitate limitat de ap care este recirculat ntre dou rezervoare cu ajutorul unor pompe. Atunci cnd cererea de electricitate este sczut apa din rezervorul inferior este pompat n cel superior, n timp ce n perioadele cu cerere ridicat aceasta este eliberat generndu-se electricitate.Dimensiunile acestor proiecte i principiul simplu dup care funcioneaz permit obinerea unor performane energetice superioare care se concretizeaz n preul energiei produse, reprezentnd una din cele mai vechi tehnologii neconvenionale care a inut pasul cu preul energiei produs n centrale clasice.Raportat la 2008 la nivel global se estima c aproximativ 16% din producia de energie total era asigurat din hidrodelectricitate, n timp ce Romnia prin intermediul Porilor de Fier I i II a nregistrat n jur de 36% (2010) i 26% (2011) aceste valori variind n funcie de perioadele secetoase [11, 12].La sfritul anului 2009 China nregistra cea mai mare capacitate instalat (197GW), fiind urmat de Canada (89GW) i Brazilia (69GW), dar pe de alt parte raportat la producia intern Norvegia este pe primul loc (98%), fiind urmat de Brazilia (86%),Venezuela (69%) i Canada (61%) [13]. Referitor la planurile de viitor, China i Brazilia sunt cele mai active intenionnd s-i extind (pn n 2017) capacitatea actual cu circa 59 GW i respectiv 19GW. Una din cele mai mari centrale care opereaz la ora actual este Trei baraje (China). Aceasta este instalat pe rul Yangtze i are o capacitate instalat de 22.5GW care este asigurat prin intermediul a 32 de turbine [14]. n bazinul de acumulare, apa ajunge la o adncime de 175m, extinznd n acest mod zonele navigabile cu circa 150km favoriznd transportul navelor de pasageri din zon [15].
Figura 1.5.Centrale hidroelectrice cu capaciti mari: a) Trei baraje i b) ItaipuUn alt proiect important este Itaipu cu o capacitate total de 14GW, care prin intermediul celor 18 turbine genereaz n fiecare an 75TWh. Acest proiect a nceput n 1966 ca o colaborare ntre Brazilia i Paraguay i a devenit operaional n 1983, n acest timp realizndu-se un lac de acumulare cu o adncime de 196m care acoper o zon de 1350km2 [16].1.1.4. Energia solarDintre toate resursele de energie regenerabil, energia solar este cel mai des ntlnit. Cantitatea de energie care poate fi captat depinde de mai muli factori, cum ar fi: perioada din zi, anotimp, condiii atmosferice sau locaia geografic.
Figura 1.6. Hart global a distribuiei energiei solare anualen figura 1.6. este prezentat distribuia energiei solare la nivel global, din care se poate observa c regiunile din apropierea ecuatorului sunt cele mai energetice cu valori medii n intervalul 2000-2500 KWh/m2 n timp ce zonele nordice prezint cele mai mici valori (< 500KWh/m2) acesta fiind unul din motivele pentru care rile din regiune s-au orientat ctre alte surse de energie alternative. Cel mai bun potenial energetic l gsim n zonele de deert cum ar fi n Africa (deertul Sahara i Kalahari) sau Australia (Marele Deert Nisipos sau deertul Victoria).Prima celul fotovoltaic a fost realizat n 1954 de ctre Bell Labs, aceasta obinnd o eficien de numai 4% n captarea energiei solare, n timp ce astzi cu ajutorul unor noi materiale se poate obine un maxim de 18-24% .La nivel mondial (n 2011) industria fotovoltaic era dominat de Germania cu o capacitate instalat de circa 24.7GW, fiind urmat de Italia (12.5GW), Japonia (4.7GW), Spania/Statele Unite (4.2GW) [17]. Acest sector energetic evolueaz n ritm alert (nc din 1982), avnd ca punct de referin proiectul Lugo (SUA) care a fost primul cu o capacitate mai mare de 1MW, n timp ce n 2010 proiectul Sarnia (Canada) era considerat cel mai mare cu 100MW.Cu toate acestea n 2012, proiectul Aqua Caliente (SUA) raporta o capacitate instalat de 290MW, existnd planuri pentru 2013 de a dezvolta un proiect de 500MW n SanLuis Obispo, California.
Figura 1.7. Proiecte fotovoltaice: a) Sarnia (Canada) i b) Aqua Caliente (SUA)1.1.5.Energia vntuluiCirculaia atmosferic la nivel global este influenat de diferenele de temperatur i presiune care apar din nclzirea inegal a zonelor din apropierea ecuatorului i deplasarea aerului cald ctre cei doi poli. La acest fenomen se adug i fora Coriolis care rezult din rotaia Pmntului, i care n apropierea latitudinii de 30 (n ambele emisfere) influeneaz circulaia maselor de aer. Aceste dou fenomene combinate dau natere la vntul geostropic care se dezvolt n zonele joase ale atmosferei, respectiv n troposfer (12km altitudine).[18]ncepnd cu 1980, turbinele comerciale de vnt au evoluat de la capaciti de 25kW i diametre ale rotorului de 8m ajungnd n prezent la capaciti de 2.5MW i diametre de 90m, existnd potenialul ca n zonele offshore s se implementeze sisteme de cel puin 4MW [19]. n prima faz, structurile de susinere a turbinelor erau de tip jacket, ajungndu-se treptat la folosirea unor structuri de tip turn care sunt mai uor de implementat avnd de asemenea i o amprent minim asupra solului. n schimb pentru zonele offshore cu adncimi mari ale apei (>40m) se observ un trend opus folosindu-se tot mai mult structurile de tip jacket (la fel ca n industria petrolier) urmrindu-se de asemenea i dezvoltarea unor platforme plutitoare.Figura 1.8.Evoluia turbinelor de vnt[20]Industria eolian este sectorul cu cea mai rapid dezvoltare n ultimii ani, n care la nivel european se nregistra o capacitate cumulat n cretere care a pornit de la 2.5GW (1995), 12.8GW (2000), 40.5GW (2005) i ajungnd la 94GW (n 2011). Raportat la 2011 cele mai mari capaciti instalate sunt nregistrate n Germania (29.1GW), Spania (21.7GW) fiind urmate de Frana, Italia i Marea Britanie cu aproximativ 6.7GW. Marea Britanie intr n acest top datorit proiectelor eoliene dezvoltate n zonele offshore.Raportat la energia intern produs, din aceast resurs natural Danemarca i asigur 26%, Spania i Portugalia 16%, Germania 11% n timp ce Romnia nregistreaz 4%. Raportat la zonele de uscat, cele mai mari ferme de vnt opereaz n Statele Unite ale Americii prin proiectele: Alta Wind Energy Center (1020MW), Shepherds Flat (845MW), Roscoe (782MW) sau Horse Hollow Wind Energy Center (736MW) [21]. n Europa, Romnia ocup primul loc cu un proiect de 600 MW (240 de turbine) dezvoltat n localitile Fntnele-Cogealac, fiind urmat de Whitelee (UK) n care urmeaz a se dezvolta o capacitate de 539MW.
CAPITOLUL 2CARACTERISTICILE CONSTRUCTIVE ALE TURBINELOR DE VNTCentralele eoliene funcioneaz pe principiul forei aerodinamice. Vntul care lovete palele elicei creaz o presiune puternic, pozitiv deasupra palei i negativ dedesubtul acesteia. Aceast diferen de presiune genereaz o for de ridicare pe care centralele eoliene moderne o folosesc pentru a produce micare i deci energie electric.Prile componente ale centralei eoliene: -butucul; -palele;-nacela;-pilonul;-arborele principal (de turaie redus);-multiplicatorul de turaie cu roi dinate; -dispozitivul de frnare; -arborele de turaie ridicat;-generatorul electric;-sistemul de rcire al generatorului electric; -sistemul de pivotare;-girueta;-anemometrul;-sistemul de control (controller). Figura 2.1.Elementele componente ale unei turbineButucul rotorului are rolul de a permite montarea palelor turbinei i este montat pe arborele principal al turbinei eoliene.
Figura 2.2. Butuc de turbin eolianPalele reprezint unele dintre cele mai importante componente ale turbinelor eoliene i mpreun cu butucul alctuiesc rotorul turbinei. Diametrul palelor (sau suprafaa acoperit de acestea) este n funcie de puterea dorit. Cel mai adesea, palele sunt realizate cu aceleai tehnologii utilizate i n industria aeronautic, din materiale compozite, care s asigure simultan rezisten mecanic, flexibilitate, elasticitate i greutate redus .
Figura 2.3. a)Pale de tip Enercon b)Pale de tip Gamesa.Numrul de pale depinde de eolian. n prezent, sistemul cu trei pale este cel mai utilizat, deoarece asigur limitarea vibraiilor, a zgomotului i a oboselii rotorului, fa de sistemele mono-pal sau bi-pal. Coeficientul de putere este cu 10 % mai mare pentru sistemul bi-pal fa de cel mono-pal, iar creterea este de 3% ntre sistemul cu trei pale fa de dou pale. n plus, este un compromis bun ntre cost i viteza de rotaie a captorului eolian i avantaje din punct de vedere estetic pentru sistemul cu trei pale, fa de cel cu dou pale.
Figura 2.4. a)Eolian cu o pal B)Eolian cu dou pale c)Eolian cu trei paleNacela are rolul de a proteja componentele turbinei eoliene, care se monteaz n interiorul acesteia i anume: arborele principal, multiplicatorul de turaie, dispozitivul de frnare, arborele de turaie ridicat, generatorul electric, sistemul de rcire al generatorului electric i sistemul de pivotare.
Figura 2.5.Nacela
Figura 2.6.Interiorul unei nacelePilonul este n general un tub de oel i un turn metalic. El susine turbina eolian i nacela. Alegerea nlimii este important, deoarece trebuie realizat un bun compromis ntre preul construciei i expunerea dorit la vnt. n consecin, odat cu creterea nlimii, crete viteza vntului, dar i preul. n general, nlimea pilonului este puin mai mare dect diametrul palelor. nlimea eolienelor este cuprins ntre 7 i 40 de metri. Prin interiorul pilonului trec cablurile care asigur conectarea la reeaua electric.
Figura 2.7. Transportarea unei seciuni a pilonuluiArborele principal al turbinelor eoliene are turaie redus i transmite micarea de rotaie, de la butucul turbinei la multiplicatorul de turaie cu roi dinate. n funcie de tipul turbinei eoliene, turaia arborelui principal poate s varieze ntre 20400 rot/min.
Figura 2.8.Arborele principal al unei turbine eolieneMultiplicatorul de turaie cu roi dinate are rolul de a mri turaia de la valoarea redus aarborelui principal, la valoarea ridicat de care are nevoie generatorul de curent electric. n Figura 2.8, pe arborele principal, este montat multiplicatorul de turaie eolian reprezentat i n Figura 2.9.
Figura 2.9.Multiplicator de turaie eolianDispozitivul de frnare este un dispozitiv de siguran i se monteaz pe arborele de turaie ridicat, ntre multiplicatorul de turaie i generatorul electric. Viteza de rotaie a turbinei este meninut constant prin reglarea unghiului de nclinare a paletelor n funcie de viteza vntului i nu prin frnarea arborelui secundar al turbinei. Dispozitivul de frnare (cel mai adesea hidraulic, iar uneori mecanic) este utilizat numai n cazul n care mecanismul de reglare a unghiului de nclinare a paletelor nu funcioneaz corect, sau pentru frnarea complet a turbinei n cazul n care se efectueaz operaii de ntreinere sau reparaii.
Figura 2.10.Dispozitiv de frnare eolianArborele de turaie ridicat denumit i arbore secundar sau cuplaj, are rolul de a transmite micarea de la multiplicatorul de turaie la generatorul electric. Turaia acestui arbore, ca i cea a generatorului electric, are valori ntre 12001800 rot/min.
Figura 2.11.Arbore de turaie ridicatGeneratorul electric are rolul de a converti energia mecanic a arborelui de turaie ridicat al turbinei eoliene, n energie electric. Spirele rotorului se rotesc n cmpul magnetic generat de stator i astfel, n spire se induce curent electric. Exist att generatoare electrice care furnizeaz curent continuu (de regul pentru aplicaii casnice i turbine de dimensiuni reduse), ct i generatoare electrice de curent alternativ ntr-o gam extrem de variat de puteri.
Figura 2.12.Generator electric eolian de 5MWSistemul de rcire al generatorului electric preia excesul de cldur produs n timpul funcionrii acestuia. Generatoarele de putere mai redus au rcirea asigurat de ventilatoare axiale. Uneori sistemul de rcire al generatoarelor electrice este proiectat s funcioneze cu ap de rcire, caz n care exist un circuit suplimentar pentru rcirea apei.Sistemul de pivotare al turbinei eoliene, are rolul de a permite orientarea turbinei dup direcia vntului. Componentele principale ale acestui sistem sunt motorul de pivotare i elementul de transmisie a micrii. Ambele componente au prevzute elemente de angrenare cu roi dinate. Acest mecanism este antrenat n micare cu ajutorul unui sistem automatizat, la orice schimbare a direciei vntului, sesizat de giruet.
Figura 2.13.Motorul sistemului de pivotareGirueta este montat pe nacel i are rolul de a se orienta n permanen dup direciavntului. La schimbarea direciei vntului, girueta comand automat intrarea n funciune a sistemului de pivotare al turbinei. n cazul turbinelor de dimensiuni reduse, nacela este rotit automat dup direcia vntului cu ajutorul giruetei, fr a fi necesar prezena unui sistem suplimentar de pivotare.
Figura 2.14.GiruetAnemometrul este un dispozitiv pentru msurarea vitezei vntului. Acest aparat este montat pe nacel i comand pornirea turbinei eoliene cnd viteza vntului depete 34m/s, respectiv oprirea turbinei eoliene cnd viteza vntului depete 25m/s.
Figura 2.15.Anemometru cu cupeControler-ul este calculatorul principal al unei turbine eoliene, care cel puin n cazul turbinelor de puteri mari, este integrat ntr-o reea de calculatoare, care controleaz buna funcionare a tuturor componentelor. De regul controler-ul este amplasat n nacel, iar alte calculatoare pot fi amplasate inclusiv la baza pilonilor.
Figura 2.16.Controler[22]2.1. Lista productorilor mondiali de turbine eolieneLista productorilor mondiali de turbine eoliene este destul de scurt. La momentul actual, doar 11 ofer servicii complete de instalare, punere n funciune i mentenan post vnzare. Primii productori de turbine eoliene, de cota anual de pia (capacitate instalat) sunt:Tabelul 2.1.Lista productorilor mondiali de turbine eoliene[23]arNumele companieiCota de piaLivrarea 2011 n MWPuterea total instalat in GW
DanemarcaVestas12.7%521750
ChinaSinovel9.0%370013
ChinaGoldwind8.7%--
SpaniaGamesa8.0%330824
GermaniaEnercon7.8%320324
Statele UniteGE Energy7.7%3170-
IndiaSuzlon Group7.6% (Inc Suzlon Energy, India i Repower, Germania)311620
ChinaGuodian Marea Putere7.4%3042-
Germania / DanemarcaSiemens Wind Power6.3%25916.7
GermaniaNordex4.8%9707.5
ChinaMing Yang3.6%1500-
2.2. Principalele tipuri de turbine eoliene folosite n RomniaDin 2012, a existat o capacitate instalat de 1905 megawai (MW) de energie eolian n Romnia , de la 7 MW capacitate instalat n 2007 pn n decembrie 2010, Romnia a adugat aproximativ 440 MW la capacitatea eolian instalat la dou ferme eoliene: Fntnele-Cogealac i EDP Petera .Parcul eolian Fntnele-Cogealac a fost finalizat n 2012 i este cel mai mare parc eolian pe uscat, din Europa.Romnia are un potenial de energie eolian de circa 14.000 MW, i o capacitate de energie generatoare de 23 terawatt-or . Reeaua de transport naional a energiei asigur ntre 3.000 MW i 9.000 MW, n timp ce numai n ultimii doi ani, puterea total a cererilor pentru conectarea la aceasta a fost de aproximativ 22.800 MW. Dobrogea are potenialul eolian al doilea ca valoare din Europa.Mai multe companii sunt interesate s investeasc n ferme eoliene din Romnia. Compania italian Enel Green Power , o filial a Enel , are planuri de a construi mai multe ferme eoliene cu o capacitate total de 350 MW. Cofra Group din Elveia intenioneaz s construiasc dou ferme eoliene de mari dimensiuni, una va avea o capacitate de 700 MW n Dobrogea iar cealalt va avea o capacitate de 400 MW n Neam i Suceava, valoarea total a investiiei se va ridica la 1,65 miliarde de dolari. n 2008, Iberdrola a cumprat 50 de proiecte de parcuri eoliene, cu o capacitate instalat de 1.600 MW, de la dou companii pentru 450 milioane dolari. Companii din Romnia interesate de construirea de ferme eoliene sunt Electrica i Green Energy , care au planuri de a construi ferme eoliene, care vor avea o capacitate instalat de 310 MW, cu investiii totale de 420 milioane $. [25]Principalele tipuri de turbine eoliene folosite n parcurile n funciune din Romnia:VESTAS V80 2MWGenerator electric asincron cu 4 poli. Rotorul turbinei are diametrul de 50 m (V80-2.0 MW), este alctuit din trei pale din rin epoxidic armat cu fibr de sticl. Turnul de susinere este de tip tubular, nalt de 110 m cu diametrul de baza de 4,15 m i 2,30 la vrf, i este alctuit din 4 seciuni ( module).Principalele caracteristici tehnice ale turbinei sunt: Putere: 2.0 MW; Tensiune: 3690V; Frecven: 50 HZ; Turaie nominal generator : 1.680.2.016 rot/min; Sens de rotaie: orar; Numr pale: 3; Frne: aerodinamice; Viteza vntului pentru pornire: 4 m/s; Vitez vnt nominal: (2.000 kW): 15 m/s; Vitez vnt ntrerupere: 25 m/s;VESTAS V90 3MWGenerator electric asincron cu 4 poli. Rotorul turbinei are diametrul de 90 m (V90-3.0 MW), este alctuit din trei pale din rin epoxidic armat cu fibr de sticl. Turnul de susinere este de tip tubular, nalt de 105 m cu diametrul de baza de 4,15 m i 2,30 la vrf, i este alctuit din 5 seciuni ( module).Principalele caracteristici tehnice ale turbinei sunt: Putere: 3.0 MW; Tensiune: 3690V; Frecven: 50 HZ; Sens de rotaie: orar; Numr pale: 3; Frne: aerodinamice; Viteza vntului pentru pornire: 4 m/s; Vitez vnt nominal: (3.000 kW): 15 m/s; Vitez vnt ntrerupere: 25 m/s;
Figura 2.17.Curba de putere pentru TURBINA VESTAS V90-3MWNORDEX N90 2,5 MWTurbina NORDEX N90 este o eolian cu o vitez de rotaie variabil, cu un rotor cu un diametru de 90 m i o putere nominal de 2500 kW. Turbina i palele sunt dimensionate conform clasei de vnt 1. Limitarea puterii se face prin variaia unghiului fiecrei pale.Principalele caracteristici tehnice ale turbinei sunt: Putere: 2,5 MW; Tensiune: 3 660V; Frecven: 50 HZ sau 60 Hz; Sens de rotaie: orar; Numr pale: 3; Viteza vntului pentru pornire : 3 m/s; Vitez nominal vnt : 14 m/s; Vitez de oprire : 25 m/s; Frne: aerodinamice; Mas pale : 10,2 t;
Figura 2.18. Curba de putere NORDEX N90-2.5MWGENERAL ELECTRIC 2,5 MWPalele rotorului sunt din material compozit. rotor cu trei pale diametru 100m; aria acoperit de rotor- 7854m2; rotaia 6-16.5 rot/min; sensul de rotaie a rotorului sens orar; orientarea automat pe direcia vntului; turn de montare a rotorului cilindric modular format din 4 segmente; diametrul la vrf al turnului- 2,3m; diametrul la baza turnului 4,15m;SIEMENS 2,3 MW rotor cu trei pale diametru 101m; aria acoperit de rotor- 8000m2; rotaia 6-16 rot/min; sensul de rotaie a rotorului sens orar; orientarea automat pe direcia vntului; turn de montare a rotorului turn de oel tubular cilindric sau conic; Putere: 2,3 MW; Tensiune: 3 600V; Frecven: 50 HZ; Viteza vntului pentru pornire : 4 m/s; Vitez nominal vnt : 12-13 m/s; Vitez de oprire : 25 m/s; Frne: aerodinamice; Mas pale : 10,2 t; Mas rotor : 62 t; Mas turn(80m) : 162 t;Siemens este unul dintre cei mai importani productori de turbine eoliene la nivel mondial i lider de pia pe segmentul offshore. n anul 2008, compania a generat 19 miliarde de euro, reprezentnd o ptrime din totalul vnzrilor, numai prin intermediul produselor i serviciilor axate pe producia energiei verzi. Un total de un miliard de euro a fost investit n dezvoltarea tehnologiilor ecologiste.n Romnia, Siemens deine zece companii, cu un total de 2.100 de angajai. Pentru anul 2009, cifra de afaceri a diviziilor din Romnia s-a ridicat la 260 de milioane de euro.Energia eolian devine una dintre sursele de energie regenerabil folosite pe scar larg i n Romnia. Pentru ca producia s fie eficient i implicit rentabil, generatoarele eoliene sunt de obicei dispuse n parcuri eoliene. Trebuie precizat faptul c, pentru funcionarea unei turbine eoliene este necesar o vitez a vntului de minimum 3 m/s i de maximum 25 m/s. De asemenea, la pornire, o turbin eolian consum aproximativ 750 KW. Durata de utilizare a unei turbine este de 20 de ani. Conform datelor Transelectrica, n luna Aprilie 2013, producia medie orar de energie eolian a fost de 603 MWh, producia medie zilnic de energie eolian 14,48 GWh, iar producia lunar de energie eolian 434,65 GWh (cu 211 GWh mai mult dect n Aprilie 2012). Producia lunar de energie eolian a reprezentat 10% din totalul energiei electrice produse n Romnia. Maximul produciei de energie eolian n luna Aprilie 2013 (i maximul istoric), a fost nregistrat n data de 15.04.2013 la orele 22:49, avnd o valoare de 1840 MWh, mai mult cu 878 MWh fa de maximul produciei de energie eolian din luna Aprilie 2012.[26]
Figura 2.19. Dispunerea parcurilor eoliene n Romnia - Decembrie 2011 [27]
CAPITOLUL 3ANALIZA DATELOR DE VNT CU MSURATORI DE SATELIT I MODELE NUMERICE 3.1.Evaluarea climatului vntului din Marea NeagrMarea Neagr este un bazin nchis, situat n interiorul continentului reprezentnd cea mai izolat unitate a Oceanului Planetar care la nivel european, se situeaz pe locul 3 ca mrime, dup Marea Mediteran i Marea Nordului. n partea de sud-vest, aceasta este legat de Marea Marmar prin intermediul strmtorii Bosfor care are o lungime de 30km i o lime de 0.7-3.6km, n timp ce n partea de nord aceasta este legat de Marea Azov prin intermediul strmtorii Kerci. n partea de nord-vest a bazinului Mrii Negre se afl litoralul romnesc care se ntinde pe o distan de 240km, fiind delimitat la nord de grania cu Ucraina i n sud de Vama Veche care se afl la grania cu Bulgaria.
Figura 3.1Harta Mrii Negre i a litoralului romnescPentru a identifica variaile sezoniere i spaiale ale condiiilor de vnt din zona bazinului Mrii Negre s-au considerat ntr-o prim faz msurtori de satelit (la 10m) furnizate de AVISO, acestea acoperind perioada: Decembrie 2006-Martie 2011.Pentru zona Mrii Negre s-a considerat o gril spaial cu o distan de 1 ntre noduri, de-a lungul creia s-au ales 21 de puncte de referin (notate de la P1 la P21) ale cror locaii sunt reprezentate in Figura 3.2.Analizele msurtorilor de satelit s-au raportat la perioada total i la sezonul de iarn (din Octombrie pn n Martie) considernd diveri parametri statistici cum ar fi: percentila 50 (notata cu 50th) i 95 (notata cu 95th), deviaia standard, skeweness i kurtosis.
Figura 3.2.Harta Mrii Negre pe care sunt marcate locaiile celor 21 de puncte de referin folosite pentruanaliza datelor de satelit (P1, P2... P21).Indicii 50th i 95th sunt folosii pentru a identifica valoarea median i valoare maxim fr a fi influenai de valori extreme. Acetia sunt obinui folosind ecuaia indicat de Robertson, 2004 [28]:(3.1)unde i reprezint poziia din setul de date (datele fiind sortate n ordine cresctoare) care marcheaz percentila ce urmeaz a fi identificat iar n reprezint numrul total de date.n analiza statistic, deviaia standard () este folosit pentru a indica dispersia datelorn raport cu valoarea medie:(3.2)unde, =E [X] este valoarea medie, E operator de estimare. Dac X este o variabil discret aleatoare cu funcia probabilitate de mas p(x) atunci operatorul de estimare se poate calcula cu relaia:(3.3)Skewness este o msur a simetriei distribuiei datelor ntr-un set. Statistic, un indicator skewness negativ indic faptul c majoritatea datelor (inclusiv mediana) se afl distribuite n dreapta valorii medii, iar un skewness pozitiv indic un trend invers. Indicele skewness al unei valori aleatorii X este definit ca al treilea moment standardizat:(3.4)3 reprezint al treilea moment deasupra valorii medii, iar un moment kth deasupra medieieste definit ca:(3.5)n Figura 3.3 este prezentat evoluia valorilor mediane (a 50-a percentil) raportat la perioada total i la sezonul de iarn. Pe baza acestor rezultate se observ c punctele situate n zona de vest a bazinului indic condiii de vnt mai energetice. n perioada de iarn, cele mai mari viteze ale vntului la 10m (notate cu U10) sunt observate n locaia P19 (5.2m/s),fiind urmat de locaia P14 (5.1m/s). Pentru celelalte puncte de referin din zona de vest a Mrii Negre, se nregistreaz valori medii n intervalul 4.7-5m/s, cu valori mai mici raportate pentru locaia P1. Pentru perioada total, aceste valori se situeaz n intervalul 4.1-4.3m/s, indicnd locaia P20 ca fiind mai energetic.
Figura 3.3 Valorii mediane ale vitezei vntului indicate de msurtorile de satelit. Analiz efectuat pentru21 de puncte (perioada total i de iarn), considernd perioada de timp: Decembrie 2006Martie 2011Histogramele corespunztoare punctelor P13, P14 i P20 sunt indicate n Figura 3.4. Acestea prezint o distribuie n care datele sunt grupate n intervalul de valori 2-5m/s, cu valori mai mari nregistrate n perioada de iarn.
Figura 3.4.Histograme ale vitezei vntului obinute pe baza datelor de satelit corespunztoare punctelor dereferin: P13, P14 i P20. Analiz efectuat pentru intervalul de timp: Decembrie 2006Martie 2011; unde:a) P13perioada total, b) P13sezon de iarn, c) P14perioada total, d) P14sezon de iarn, e) P20 perioada total, f) P20sezon de iarn.3.2.Modele de reanalizNCEP i ECMWFPentru fiecare punct de referin, evoluia sezonier a vitezei mediane a vntului aa cum rezult din analiza datelor ECMWF i NCEP este prezentat n Figurile 3.5 i 3.6, pentru perioada de timp Ianurie 1999Decembrie 2007. Ca i n cazul datelor de satelit, ambele modele indic zona de vest a bazinului ca fiind mai energetic, cu meniunea c modelul NCEP evideniaz i cteva locaii din zona de vest ca fiind mai puin energetic n comparaie cu regiunea de est.
Figura 3.5.Distribuia valorilor mediene ale vitezei vntului indicat de datele ECMWF. Analiz raportat laperioada total i de iarn, considernd intervalul de timp: Ianuarie 1999Decembrie 2007.
Figura 3.6.Distribuia valorilor mediene a vitezei vntului indicat de datele NCEP. Analiz raportat laperioada total i de iarn, considernd intervalul de timp: Ianuarie 1999 Decembrie 2007.
Distribuia datelor de vnt (%) ntre limitele cut-in i cut-out este ilustrat n Figura 3.7 Ambele modele indic locaiile din zona de vest ca fiind mai energetice n ceea ce privete distribuia condiiilor de vnt mai mari de 3m/s. Pentru zona de vest a bazinului Mrii Negre, modelul ECMWF prezint valori mai mari dect datele furnizate de NCEP, existnd o diferen maxim de 11.3% pentru locaia P12 n timp ce pentru punctele din zona de est modelul NCEP indic valori mai mari ale acestei distribuii, cu o diferen maxim de 16.7% pentru punctul P6.
Figura 3.7.Distribuie vitez vnt (%) n intervalul cuprins ntre limitele cut-in i cut-out ale turbinei de vntVestas V90-3.0, raportat la o nlime de 10m. Analize considernd date ECMWF i NCEP pentru intervalulde timp: Ianuarie 1999Decembrie 2007.Din distribuia datelor ECMWF se nregistreaz un maxim de 84.2% pentru locaia P19 n timp ce un minim de 46.9% este raportat pentru P5. Datele NCEP prezint un maxim de 80% pentru locaia P13 i o valoare minim de 40.1% nregistrat de punctul P5.[29]
CAPITOLUL 4EVALUAREA POTENIALULUI EOLIAN Puterea dezvoltat de masele de aer n micare n atmosfera Pmntului a fost evaluat la nivelul de 3,61015W. Un studiu arat c 2% din energia solar incident pe Pmnt este disipat sub forma energiei eoliene, iar potenialul maxim de captare i conversie a acesteia este de 2,67% din totalul energiei vnturilor. Energia ce caracterizeaz o mas de aer n micare este dat de relaia energiei cinetice totale a unui corp n micare: (4.1)(4.2) (4.3)m - masa de aer n micare [kg], care la rndul ei este dependent de viteza v a vntului [m/s]; A aria seciunii de trecere [m2]; - densitatea aerului [kg/m3]; - timpul [s]; Puterea P dezvoltat de masa de aer n micare este: (4.4)care pentru un curent de aer delimitat de suprafaa cilindric de diametru D devine: (4.5)Conversia n totalitate a energiei cinetice a vntului duce la condiia reducerii pn la zero a vitezei acestuia n aval de generator, ceea ce practic este imposibil. n realitate, n urma impactului cu o instalaie de captare i conversie a energiei eoliene, masa de aer i reduce viteza, iar limita acesteia devine un nveli n expansiune. Fenomenul a fost studiat de Betz i demonstrat n teoria ce-i poart numele. Proporia cu care viteza vntului este redus la traversarea unei turbine eoliene a fost numit factor de interferen, notat cu a (0 a 1). La o anumit distan de turbin, viteza vntului descrete cu 2a .Neglijnd pierderile prin frecare, s-a demonstrat c puterea maxim ce se poate obine prin conversia energiei eoliene este: ,(4.6)Puterea aerodinamic a elicei n cmp liber este conform relaiei: (4.7)Puterea mecanic la axul elicei este diminuat fa de puterea aerodinamic cu un factor ya reprezentnd randamentul elicei, astfel nct puterea mecanic nominal la axul generatorului devine: (4.8)i considernd densitatea normal a aerului = 1,24 kg/m3 i efectund operaiile cu valorile constante se obine: (4.9)Energia maxim ce poate fi obinut prin conversia energiei eoliene reprezint numai 59,3% din energia total ce caracterizeaz masa de aer n micare. Ca urmare, coeficientul Betz definete raportul dintre energia furnizat de o turbin eolian i energia total a curentului de aer delimitat de conturul descris de turbin. Dac se iau n consideraie pierderile prin frecare ale aerului i ale turbinei, energia (respectiv puterea) util obinut prin conversie este diminuat cu 20 pn la 50% din valoarea teoretic, funcie de caracteristicile instalaiei utilizate. Rezult astfel coeficientul de putere cp care caracterizeaz un anumit tip de turbin. Energia (respectiv puterea) unei instalaii eoliene este direct proporional cu cubul vitezei vntului ceea ce nseamn c o dublare a vitezei vntului duce la creterea energiei dezvoltate de acesta de 8 ori. De asemenea, puterea, respectiv energia obinut cu o turbin eolian este proporional cu ptratul diametrului elicei. [30]n aprecierea potenialului energetic eolian se utilizeaz: Densitatea de putere a vntului p, ca fiind puterea medie raportat la aria seciunii transversale a curentului de aer: (4.10)Densitatea medie de putere a vntului n intervalul de timp :(4.11)4.1.Potenialul eolian din RomniaPotenialul eolian tehnic amenajabil n Romnia este estimat la 8 TWh/an. n Romnia s-au identificat cinci zone eoliene condiiile de mediu i topogeografice. Harta eolian a Romniei s-a elaborat lund n considerare potenialul energetic al surselor eoliene la nlimea medie de 50 metri, pe baza datelor i informaiilor meteogeografice colectate ncepnd din anul 1990, pn n prezent.Ca i stat membru UE, Romnia trebuie s se alinieze cerinelor prevzute n Directiva 2001/77/EC care stipuleaz c din totalul de energie produs la nivel naional o parte s fie obinut gradual din resurse regenerabile, ntr-un procent de 33% n 2010, 35% n 2015 i de 38% n 2020. [31]
Figura 4.1. Harta curenilor de aer din RomniaTabelul 4.1 Valorile curenilor de aer din Romnia[32]Culoarea specificmontan nalt [m/s]mare deschis [m/s]zona litoral[m/s]terenuri plate[m/s]dealuri i podiuri [m/s]
> 11,5> 9> 8,5> 7,5> 6
10 - 11,58 - 97 - 8,56,5 - 7,55 - 6
8,5 - 107 - 86 - 75,5 - 6,54,5 - 5
7 - 8,55,5 - 75 - 64,5 - 5,53,5 - 4,5
< 7< 5,5< 5< 4,5< 3,5
Figura 4.2. Distribuia vitezei medii anuale a vntului n Romnia raportat la o nlime de 50mPe baza evalurii i interpretrii datelor nregistrate, rezult c n Romnia se pot amplasa instalaii eoliene cu o putere total de pn la 14 000 MW, ceea ce nseamn un aport de energie electric de aproape 23 000 GWh/an. Iar pe baza evalurilor preliminare n zona litoralului, inclusiv mediul off-shore, pe termen scurt i mediu, potenialul energetic eolian amenajabil este de circa 2 000 MW, cu o cantitate medie de energie electric de 4.500 GWh/an. Valorificarea potenialului energetic eolian, n condiii de eficien economic, impune folosirea unor tehnologii i echipamente adecvate (grupuri aerogeneratoare cu putere nominal de la 1440 kW pn la peste 2.000 kW). n scop energetic intereseaz zonele n care viteza medie a vntului este cel puin egal cu 4m/s, la nivelul standard de 10 metri deasupra solului. Viteze egale sau superioare pragului de 4m/s, (redate prin nuane de bleu), se regsesc n Podiul Central Moldovenesc i mai ales n Dobrogea. Peste 8m/s, redate prin culoare mai nchis, repartizate ndeosebi pe vrfurile cele mai nalte ale Lanului Carpatic. Romnia a rmas i n 2012 una dintre cele mai atractive ri din lume la investiiile n energia eolian, iar capacitatea rii noastre pe acest segment a crescut semnificativ n acest an, de la 623 MW instalai n septembrie 2011, la 1440 MW n septembrie 2012.[33]
Tabelul 4.2. Producia de energie electric, dup sursa de energie, n TWhAnCrbune%Hidrocarburi%Nuclear%Hidro%Eolian%TOTALProducieConsum
201021,735,86,610,911,619,120,433,60,20,460,757,8
200922,939,87,112,411,720,315,727,2-0,0257,655,1
200827,542,58,913,711,217,317,126,4--64,760,3
200726,74311187,71315,926--61,359,2
200626,943,211,518,45,6918,329,4--62,458,1
200523,54010,3175,5920,234--59,756,8
Tabelul 4.3.Capacitatea instalat, n MW:AnCrbuneHidrocarburiNuclearHidroEolianBiomasTOTAL
20107.1785.4601.4136.4823232320.878
20097.1785.3641.4136.46912-20.437
CAPITOLUL 5ENERGIA EOLIAN N MEDIUL MARIN Regiunile offshore pot fi considerate potrivite pentru dezvoltarea unor ferme eoliene datorit condiiilor de vnt mai energetice i mai stabile dect n zonele de uscat, ceea ce permite obinerea unei cantiti de energie mai mare i o durat de via mai mare a turbinelor instalate.Un alt aspect care recomand zonele offshore pentru amplasarea unor astfel de proiecte l constituie creterea n capacitate a turbinelor de vnt care n zonele de uscat poate fi limitat de doi factori. Primul din acestea este legat de infrastructura existent care nu este potrivit transportului de piese agabaritice (limit de greutate, nlime etc) iar cel de-al doilea se refer la nlimea la care opereaz turbinele de vnt (60-80m) existnd puine echipamente de ridicat care s manipuleze greuti mari la acest nivel. n zonele marine aceste dezavantaje nu exist, fiind posibil n unele cazuri transportul la locul de instalare a unor turbine complet echipate, un bun exemplu n acest sens fiind ferma offshore Beatrice din apropierea Scoiei.Dinamica industriei eoliene offshore este reflectat i de activitatea productorilor de turbine de vnt, n care doar n perioada 2010-2011 au lansat 51 de modele noi [34], accentul fiind pus pe utilizarea de materiale compozite i pe dezvoltarea unor sisteme plutitoare, cum ar fi de exemplu turbina WindFloat [35]. Europa este lider la nivel global n acest domeniu, cu prima ferm de vnt offshore instalat (1991) n Danemarca [36]. n 2007, existau 25 de astfel de proiecte care nsumau o capacitate de 1.1GW, n timp ce la sfaritul anului 2011 s-a ajuns la 3.3GW obinui cu ajutorul a 49 de ferme offshore dezvoltate n zonele costiere ale Danemarcei, Germaniei sau Mrii Britanii.
Figura 5.1.Evoluia industriei eoliene offshore din Europa din perioada 1993-2011 [34], n care: a) capacitatea instalat (n MW); b) stadiul actual raportat la nivel European la sfritul anului 2011.Raportat la 2012 cele mai mari ferme offshore din lume opereaz tot n Marea Britanie, dintre care cele mai importante proiecte sunt: Greater Gabbard (504MW), Walney (367MW), Sheringham Shoal (315MW) i Thanet (300MW). Alte proiecte de acest gen din Europa sunt: Thorntonbank (Belgia) 215MW, Horns Rev II (Danemarca) 209MW i Egmond aan Zee (Olanda) 108MW.
Figura 5.2.Ferme de vnt din Europa: a) Thanet (UK) i b) Horns Rev II (Danemarca)n general, performanele energetice ale unei ferme de vnt sunt direct proporionale cu distana fa de linia rmului, dar n aceeai msur i costurile necesare dezvoltrii i ntreinerii infrastructurii vor crete.Pentru dezvoltarea unei ferme offshore pe lng analiza condiiilor de vnt, exist i ali factori care influeneaz aceast decizie. Un prim pas n obinerea avizelor de funcionare const n identificarea unei locaii care s nu interfereze cu rute de circulaie maritime, zone de agreement sau care s fie situate n zone arheologice.
CAPITOLUL 6CONCLUZIIn prezent o cantitate semnificativ din energia produs la nivel global provine din prelucrarea petrolului, gazelor naturale sau a elementelor radioactive care sunt considerate a fi surse neregenerabile deoarece odat folosite ele nu mai pot fi nlocuite. n ultimii ani o atenie deosebit a fost acordat utilizrii resurselor regenerabile care spre deosebire de sursele convenionale de energie extrase din scoara Pmntului, acestea au capacitatea de a se regenera n mod natural.7.1. AvantajePrincipalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substane poluante i gaze cu efect de ser, datorit faptului c nu se ard combustibili, iar spre deosebire de celelalte surse de energie, puterea vntului este inepuizabil.Un alt avantaj al acestor generatoare o reprezint longevitatea acestora, fr sau cu foarte puine investiii suplimentare de la momentul instalrii. Un grup de cercettori au reuit s dovedeasc c turbinele folosite pentru uz marin trebuie s genereze energie aproximativ 6-8 luni, nainte s produc la fel de mult energie ct a fost necesar pentru construcia ei. Asta nsemnnd c aceste turbine i ctig valoarea de aproximativ 35 de ori pe durata total de funcionare.Costuri reduse de scoatere din funciune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funciune pot fi de cteva ori mai mari dect costurile centralei, n cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funciune, la captul perioadei normale de funcionare, sunt minime, acestea putnd fi integral reciclate.7.2. DezavantajeLa nceput, un important dezavantaj al produciei de energie eolian a fost preul destul de mare de producere a energiei i fiabilitatea relativ redus a turbinelor. n ultimii ani, ns, preul de producie pe unitatea de energie electric a sczut drastic, ajungnd pn la cifre de ordinul 3 4 euroceni pe kilowatt or, prin mbuntirea parametrilor tehnici ai turbinelor.Un dezavantaj practic, este variaia n viteza vntului. Multe locuri pe Terra, nu pot produce destul electricitate folosind puterea eolian, i din aceast cauz energia eolian nu este viabil n orice locaie.Un alt dezavantaj este i poluarea vizual, adic, au o apariie neplcut i de asemenea produc poluare sonor (sunt glgioase).Astfel, putem afirma c producerea energiei eoliene are mult mai multe avantaje dect dezavantaje, iar acestea stau la baza investiiilor masive n acest domeniu.
CAPITOLUL 8BIBLIOGRAFIE1. Weinstein A. 2006. Harvesting the motion of the ocean. AquaEnergy Group2. Junginger M, Van Dam J, Alakangas E, Virkkunen M, Vesterinen P, Veijonen K.2010. Solutions to overcome barriers in bioenergy markets in Europe-D2.2.3. www.addjb.ro (Agentia de Dezvoltare Durabila a Judetului Brasov)4. EWEA. Wind in power: 2011 European statistics. February 20125. The NEED Project 2010, Biomass. Secondary Energy Infobook (www.NEED.org)6. Kozowski RH. 2011. Geothermic Power Plants of high capacity - how far? Journalof Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 49(2): 573-576.7. http://www.our-energy.com/geothermal_energy.html (accesat Iunie 2013)8. http://www.ipenz.org.nz/heritage/itemdetail.cfm?itemid=96 (accesat iunie 2013)9. Ballzus C, Frimannson H, Gunnarsson GI, Hrolfsson I. 2000. The geothermal powerplant at Nesjavellir, Iceland. Proceedings World Geothermal Congress 2000.Kyushu-Tohoku, Japan, May 28-June 1010. NEED (National Energy Education Development Project). 2011. Exploring Hydroelectricity Student Guide11. IEA (International Energy Agency). 2010. Renewable Energy Essentials:Hydropower.12. http://www.zf.ro/wikizf/hidroelectrica-s-a-8080971 (accesat Iunie 2013)13. http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroelectricity (accesat Iunie 2013)14. http://www.ctg.com.cn/en/ (accesat Ianuarie 2013)15. http://news.xinhuanet.com/english2010/china/2010-10/26/c_13575583.htm (accesatIanuarie 2013)16. http://www.solar.coppe.ufrj.br/itaipu.html (accesat Ianuarie 2013)17. EPIA (European Photovoltaic Industry Association). 2012. Global market outlookfor photovoltaics until 2016 (accesat Mai 2013)18. Voiculescu, M : Introducere in fizica atmosferei, GUP, Galati, 200819. EWEA. 2011. UpWInd, Design Limits and Solutions for Very Large Wind Turbines,Brussels.20. U.S. Department of Energy: 20% Wind Energy by 2030 Report.http://www.20percentwind.org/20p.aspx?page=Report (accesat Mai 2013)21. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_onshore_wind_farms (accesat Mai 2013)22. www.energy.iastate.edu23. http://www.asociatiaeoliana.ro/diverse/List%20of%20wind%20turbine%20manufacturers24. http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine25. http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power_in_Romania26. http://despretot.info/2013/05/productia-de-energie-eoliana-in-luna-aprilie-2013/27. http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_eolian%C4%8328. Robertson I. 2004. Calculating Percentiles. Stanford University.29. Onea F, Rusu E. 2012: Wind energy assessments along the Black Sea basin30. http://www.minind.ro/domenii_sectoare/energie/studii/potential_energetic.ANEXETabel1.O list cu caracteristici a diferitelor modele de turbine eoliene din top 10 productori mondiali[24] .MW Productor Offshore Cmp m 2 Diametrul rotor (M) nlimea butucului (M) Orientate
8.0 Vestas x 21124 164 105 x
7.580 Enercon - 12668 127 135 -
6.0 Siemens Wind Power ambii 18.600 154 Site-specific -
6.0 Sinovel - 12868 128 x
5.0 Sinovel - 12868 128 x
5.0 Gamesa x 12868 128 80 - 94x
4.5 Gamesa - 14527 136 120 x
4.5 Gamesa - 12868 128 81, 120, 140x
4.1 GE Energy x 9940 113 -
3.6 Siemens Wind Power - 11300 120 90 x
3.6 Siemens Wind Power ambii 9.000 107 80 x
3.05 Enercon - 8012 101 99, 135, 149 -
3.0 Guodian Marea Putere - 100 -
3.0 Guodian Marea Putere - 100 x
3.0 Siemens Wind Power - 10.000 113 79.5 - 142.5 -
3.0 Siemens Wind Power - 9150 108 79.5-99.5 -
3.0 Siemens Wind Power - 8.000 101 74.5-99.5 -
3.0 Vestas - 9852 112 84, 94, 119 x
3.0 Vestas x 9852 112 Site-ul specific x
3.0 Vestas - 6362 90 80, 90, 105 x
3.0 Vestas x 6362 90 Site-ul specific x
3.0 Enercon - 5281 82 78, 85, 98, 108, 138 -
3.0 Ming Yang - 6644, 7850 92, 100, 108 75, 85, 90, 100 x
3.0 Sinovel - 10,038.7 113,3 90 x
2.75 GE Energy - 103 85, 98,3 x
2.75 GE Energy - 100 85, 98,3 x
2.6 Vestas - 7854 100 x
2.5 Enercon - 10387 115 92.5 - 149 -
2.5 Goldwind - 9399 109 100 -
2.5 Goldwind - 8824 106 100 -
2.5 Goldwind - 7823 100 100 -
2.5 Goldwind - 6362 90 80 -
2.5 Ming Yang - 6644, 7850 92, 100, 108 75, 85, 90, 100 x
2.35 Enercon - 6648 92 85, 98, 104, 108, 138 -
2.3 Enercon - 5281 82 78, 85, 98, 108, 138 -
2.3 Enercon - 3959 71 57, 64, 74, 85, 98, 113 -
2.3 Siemens Wind Power - 10.000 113 99,5 -
2.3 Siemens Wind Power - 9144 108 80 x
2.3 Siemens Wind Power - 8.000 101 80 x
2.3 Siemens Wind Power - 6.800 93 80 x
2.3 Siemens Wind Power - 5.300 82,4 80 x
2.25 MW Suzlon - 6082 88 80 x
2.1 Suzlon - 7085, 7386 95, 97 80, 90, 100 x
2.1 Suzlon - 6082 88 80 x
2.0 Enercon - 5281 82 78, 85, 98, 108, 138 -
2.0 Gamesa - 10207 114 93, 120, 140 x
2.0 Gamesa - 7390 97 78, 90 x
2.0 Gamesa - 6362 90 67, 78, 100 x
2.0 Gamesa - 5945 87 67, 78, 90, 100 x
2.0 Gamesa - 5027 80 60, 67, 78, 100 x
2.0 Guodian Marea Putere - 96,4 x
1.8/2.0 Vestas - 7854 100 80, 95 x
1.8 Vestas - 100
Tabel 2.Analiza msurtorilor variaiei vitezei vntului si a nlimii semnificative cu ajutorul datelor de satelit. AnLunaZixyHsVw
20052005200520052005200520052005200520052005200520052005200620062006200620062006200620062006200620062006 20062006200620062006200620062006200620062006200620061212121212121212121212121212111111111111111111111222211121314151617212223242526270203040506101112131415162021222324252629300102040550 505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505050505038 38383838383838383838383838383838383838383838383838383838383838383838383838380.499 0.4990.6270.7850.9490.7450.7451.8281.8280.4830.4230.3602.4522.4521.0391.0621.0860.8130.8130.6420.6420.5000.4300.3480.7780.7781.0731.0730.9901.0321.0761.6251.6480.5960.5960.4870.4871.0291.041 3.80 3.804.065.466.92 5.31 5.31 10.0910.09 4.203.442.65 12.54 12.54 2.854.295.79 5.42 5.42 3.563.562.742.452.154.68 4.68 3.563.563.234.996.818.50 8.61 2.572.572.862.865.89 5.93
43
