Parametrii ce influențează și caracterizează Rotorul unei turbine eoliene sunt:
– randamentul aeromotorului;
– densitatea aerului [kg/m³];
– numărul de pale;
– diametrul palelor [m];
– pasul elicei;
– suprafața acoperită [m²];
– unghiul de înclinare a palelor;
– înălțimea pilonului [m];
– viteza nominală a vântului [m/s];
– turația nominală a rotorului [rot/min].
Parametrii ce caracterizează Generatorul asincron (MAS) sunt:
– numărul de poli ( de perechi de poli);
– puterea nominală [kW]
– turația nominală [rot/min];
– randamentul nominal;
– factorul de putere nominal cos 9N;
– cuplul electromagnetic [Nm];
– curentul statoric [A];
– tensiunea rotorică [V], doar dacă MAS este o MADA – acest tip de generator permite funcţionarea cu viteză variabilă, prin reglarea vitezei rotorului generatorului în funcţie de viteza vântului ;
– frecvența nominală [Hz];
– tensiunea nominală (de linie a statorului) [V];
– tipul de cuplare.
Proiectul constă în construcția unei eoliene verticale VAWT, proiectarea este făcută în așa manieră, să permită utilizarea în orice zonă urbană sau rurală și să funcționeze optim în condițiile de vânt ale României, unde viteza medie a vântului este sub 7 m/s pentru mai mult din 60% din teritoriu.
Acest sistem se pretează atât la gospodăriile care sunt racordate la rețeaua electrică națională, cât și la gospodăriile care sunt conectate cu scopul de a reduce factura de energie electrică.
Turbinele realizate au o putere instalată între 3 și 10 Kw și pornesc la o viteză a vântului de 2,5 m/s (viteza nominală – 3 – 15 m/s, viteza maximă – 45 m/s). Instalația este prevăzută astfel încât dacă există viteza vântului mai mică decât valoarea constructivă de la care turbina eoliană produce curent atunci locuința este alimentată de la rețeaua electrică sau în unele cazuri de la panouri fotovoltaice dacă acestea sunt prevăzute. Pe măsură ce viteza vântului crește, energia furnizată de turbină alimentează locuința.
Ca sursă de energie, vântul este mai puțin predictibil, spre deosebire, de exemplu ca și Soarele, dar în anumite perioade prezența vântului este întreaga zi. Asupra resursele de vânt influențează mai mulți factori imuabili cum ar fi: relieful Pământului, densitatea aerului, viteza vântului și prezența obstacolelor situate la o altitudine de până 100 de metri. Prin urmare, vântul este mai mult dependent de condițiile locale decât de energia soarelui. În mod firesc, cel mai mare potențial Eolian se observă pe coasta, pe dealuri și în munți. Cu toate acestea, există multe alte zone cu potențial eolian, suficient pentru utilizarea sa în industria eoliană.
Moară de vânt în Herne Bay UK
În regiunile muntoase, de exemplu, două sectoare pot avea același potențial solar, dar este posibil ca potențialul lor eolian să fie diferite, în primul rând din cauza diferențelor de topografie și direcția fluxurilor de vânt. În legătură cu această planificare locul pentru instalația de conversie a energiei vântului trebuie să se petreacă mai amănunțit, decât în cazul sistemelor cu panouri fotovoltaice. Energia vântului de asemenea este supusă schimbărilor meteorologice sezoniere. Instalația de conversie a energiei vântului lucrează mai bine în sezonul rece al anului și mai puțin eficient – în perioada caldă (în cazul panourilor fotovoltaice invers). Varianta optimală este de a combina într-un sistem unic Turbina Eoliană cu panourile fotovoltaice. Un astfel de sistem combinat ar asigura o productivitate mai înaltă a energiei electrice în comparație cu un sistem dispus separat.
Este important la fel de reținut că eficiența și cantitatea de energiei, care este produsă din vânt, depinde în principal de acești factori: randamentul maxim, densitatea aerului, suprafața ariei de maturare a rotorului și de asemenea cubul vitezei vântului.Citește mai mult »
Caracteristicile energetice ale turbinelor eoliene sunt determinate prin măsurarea directă a puterii generate, se măsoară în Kw, producția anuală de energie, estimată în Kw/an și valoarea efectivă de energie produsă din capacitatea maximă de 100% din timp, este măsurată în %.
Eficiența turbinei eoliene, indiferent de dimensiunile lor va depinde de mai mulți factori care influențează direct creșterea eficienței sau micșorarea ei și putem să-i împărțim în două clase mari:
Factorii Intrinseci mă refer la valoarea parametrilor constructivi sau se mai poate de numit și factorii tehnologici variabili care influențează eficiența turbinei eoliene.
Factorii Extrinseci mă refer la principiile fizice valabile, factorii imuabili, la influența mediului, reliefului și fenomenelor naturale.
Utilizarea energiei eoliene în prezent semnifică în primul rând, energia electrică non poluantă produsă la o scară semnificativă de „morile de vânt”, cele moderne fiind numite turbine eoliene, este un termen prin care se încearcă accentuarea similarității cu turbinele cu abur sau cele cu gaz, folosite pentru producerea electricității și totodată, pentru a face o distincție între vechea și noua lor destinație.
În prezent s-a adăugat un al doilea stimulent: tendința omenirii să producă energie electrică „curată” sau „verde” fără sau cu mici emisii de oxid de carbon.
Un nou model în prezentare aici pe blog este Turbina Eoliană – REVIR.
REVIR – Rotor Eolian pentru Vânt cu Intensitate Redusă.
Autor: Gheorghe Cristea – Institutul de Cercetare pentru Inginerie Electrică
Destinație
Turbina eoliană REVIR este destinată pentru a converti puterea vântului în special a celui cu intensitate redusă în energie mecanică de rotație.Citește mai mult »
Odată cu creșterea tot mai mare a consumului de energie în gospodărie, ferme și industrie, inginerii caută permanent posibile soluții de acoperire a acestei nevoi. Una din resursele energetice naturale prezente în orice loc al planetei este vântul. Vântul este o soluție durabilă și o sursă regenerabilă de energie din abundență. Instalațiile care pot utiliza energia vântului sunt turbinele eoliene, la moment soluțiile constructive și eficientizarea acestor instalații sunt în continuă avansare pe aspect de cercetare și dezvoltare. Inginerii din romania sunt și ei puși pe căutarea de soluții potrivite pentru meleagurile noastre. Voi prezenta în continuare pe blog mai mute articole despre unele modele de turbine eoliene românești care pentru mine au trezit interes să le public aici, în primul rând pentru ca să cunoaștem de ele iar în al doilea rând ar fi să îmbunătățim ceea ce avem.
Turbine eoliene Românești
Turbină eoliană cu acționare dublă sau cu rotoare contra rotitoare, Acronim DOUBLE T – VACS.
Coordonator: Institutul Național de Cercetare Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE – CA
Obiectivele proiectului aferent anului 2014 au constat în proiectarea ansamblului de turbină eoliană cu dublu efect, modelului experimental având o puterea utilă totală în regim de funcționare a generatorului electric care este egală cu 1,5 Kw pentru o viteză nominală a vântului de 10 m/s. Elementele principale de noutate ale turbinei – sa propus utilizarea a două rotoare eoliene coaxiale poziționate pe aceeași direcție, aceste două rotoare acționează simultan un generator electric construit special pentru acest scop.
Eoliana design 3D
Eoliana model prototip
În principal proiectul de dezvoltare a modelului experimental a prototipului de turbină eoliană cu dublu efect cu ax orizontal, s-a luat în considerare și analiza posibilităților de extindere a soluției cu două rotoare eoliene contra rotitoare la soluțiile constructive pentru turbinele cu ax vertical.
Conform acestui model sa obținut puteri electrice de ordinul a 30 W, pentru o viteză a vântului de 10 m/s.
Când vine vorba de căutarea protecției mediului înconjurător, turbinele eoliene sunt un mod curat de a produce energie fără efecte de poluare precum sunt cauzate de combustibil. Este un mod sigur și sănătos pentru casele și fermele noastre, fără a distruge habitatele naturale și conservarea mediului pentru generațiile viitoare.
Turbinele eoliene în general reprezintă un generator de energie auto-alimentat care sunt acționate prin rotire de niște lame pentru a produce energie din vânt. Paletele se rotesc datorită cuplării cu vântul, ce rotește un ax și care este atașat la un generator, astfel această mișcare de rotație produce electricitate. Turbinele cu ax orizontal sunt de departe cele mai populare tipuri de turbine eoliene. Ele pot produce o cantitate destul de mare de energie în comparație cu alte tipuri de instalații. Turbine orizontale trebuie mereu să fie îndreptate spre vânt.
Turbine vin într-o varietate de dimensiuni și de putere energetică. Locul de amplasare este una din cheile principale pentru introducerea unei turbine eoliene, deoarece trebuiesc plasate în locul în care va obține cel mai înaltă putere de la vânt. Vârfurile dealurilor, crestele, amplasarea în apropiere de plaje, spații largi deschise, în locurile în care lipsesc blocajele de copaci și clădiri, acestea sunt cele mai bune locații, astfel încât să lipsească obstacolele și să fie o liberă deplasare a vântului. Anumite turbine mici pot fi utilizate pe bărci și nave maritime, în timpul deplasării în larg acestea sunt acționate de vânt și pot fi utilizate cu succes la producerea de energie electrică curentă necesară.
Unul dintre dezavantajele turbinelor eoliene care sunt mulți preocupați, este că acestea pot fi cu zgomot în timpul funcționării, dar cu tehnologia de azi și soluțiile tehnologice găsite sau dezvoltat forme constructive de turbine, care sunt mult mai silențioase în timpul funcționării. Turbinele eoliene au devenit mult mai populare și le poți vedea așezate dea lungul și dea latul zonelor rurale în special în zonele cu vânt intens.
Turbinele eoliene sunt un excelent mod de a reduce costurile ridicate a energiei electrice și de a alimenta o casă sau o fermă personală. Datorită progresele tehnologice turbinele eoliene devin cea mai răspândită modalitate de obținere a energiei electrice, nu doar pentru casele de la parter, dar, de asemenea, pentru clădirile din oraș. Turbinele eoliene sunt considerate o reînnoire economică al sectorului energetic care va contribui activ la conservarea mediului în care trăim pentru generațiile viitoare.
La moment energetica regenerabilelor îi dă un efect economic esențial unei țări (crearea de noi locuri de muncă, marjele de profit și taxe) decât investirea în centralele electrice pe combustibili fosili.
Pentru țările în curs de dezvoltare, energia eoliană este atractivă ca o sursă de energie ieftină și la prețuri accesibile în special pentru așezări îndepărtate de rețeaua electrică. Impactul său asupra economiei acestor țări pot fi enorme. Obținerea de energie suficientă pentru iluminat, funcționarea aparatelor electrocasnice, pot aduce schimbări locale semnificative în viața oamenilor, oferă noi oportunități pentru dezvoltarea educației și a întreprinderilor mici.
Începând cu anii 1980, când a fost lansat pentru prima dată utilizarea turbinelor eoliene comerciale, a existat o creștere semnificativă a eficienței și unităților capacitive turbinelor eoliene, esențial s-a îmbunătățit designul lor exterior și dimensiunile rotorului.
Cele mai importante modificări se referă la creșterea dimensiunii și a îmbunătățirii performanței. În urmă cu 20 de ani capacitatea pe unitate de energie eoliană a fost de 25 Kw. Astăzi, gama de produse oferă turbine eoliene comerciale cu o capacitate de 750-2500 Kw (2,5 Mw). Fiecare turbină din clasa de 2 Mw putere, produce mai mult ca 200 de unități eoliene de probă din 1980. Turbinele eoliene au devenit mai mari și mai mari. Generatoarele celei mai mari turbine eoliene moderne este de 100 de ori mai mare decât dimensiunea eșantionului similar de generatoare de acum 30 de ani în urmă. În cursul aceleiași perioade, diametrul rotorului a crescut cu 8 ori. La starea de tranziție pozitivă a industriei pentru producerea de turbine eoliene au avut-o producția în serie, studiul de aerodinamica și condiții de încărcare turbinei.
Producția de turbine eoliene și a componentelor acestora sunt stabilite în fabrici situate în Europa și în întreaga lume. Producători de top fiind- Danemarca, Germania, Spania, Statele Unite ale Americii, China India și Japonia.
Cele mai mari turbine fabricate în prezent au o capacitate de peste 5 – 6 Mw și un diametru al rotorului de 100 de metri. Ca urmare a creșterii dimensiunilor se obține o cantitate mult mai mare de energie utilă și esențial mai puține turbine ceea ce face că să avem teritoriu liber suplimentar. În funcție de locație o turbină cu o capacitate de 1 Mw poate produce suficientă electricitate pentru a furniza consumul la 650 de gospodării. Durată de viață generală a unei turbine eoliene este de 20 la 25 de ani.
Turbinele eoliene moderne sunt formate din module și ușor sunt construite. Procesul de construire a unei turbine gigantice durează câteva luni. Acest lucru este deosebit de important pentru țările care au nevoie să crească producția de energie electrică în cel mai scurt timp posibil. Turbine eoliene pot fi de putere diferite – de la una la câteva sute de megawați care mai sunt numite parcuri de turbine eoliene.
Volatilitatea fluxului de vânt creează mult mai puține probleme de management al sistemului electric de putere decât scepticii s-au de așteptat. De exemplu, în vestul Danemarcei, pe timp de noapte în timpul iernii, când puternica turbina eoliană este în lucru poate produce cea mai mare parte a energiei electrice, și operatorii să facă față cu succes la dispecerizarea energiei primite.
Pe măsură ce atractivitatea economică a energiei eoliene a devenit o mare afacere. Producătorii de turbine eoliene la nivel mondial au lansat de noi producții de miliarde de dolari, pentru a satisface cererea de noi turbine eoliene.
Mai mult decât atât, afacerile cu energie eoliana este cu puternic interes din partea investitorilor străini.
Semnificativă este, de asemenea, interesul unui număr de companii petroliere pentru a face investiții în energia eoliană. De exemplu, o unitate de Shell Renewables Energy a investit în construcția de 740 Mw de capacitate eoliana (mai ales în SUA). Aceste procese arată că energia eoliană devine o tendință de lider pe piața de energie regenerabilă.
Beneficiile energiei eoliene:
• Costuri mici – energia eoliană poate concura cu cea nucleară, cărbune și energia gazelor naturale;
• Valoarea zero a componentei de combustibil, sursa de energie este inepuizabilă și este prezentă în cantități nelimitate;
• Energie acceptabilă pentru mediu – producția de energie este lipsită de emisiile de dioxid de carbon;
• Energia eoliană e fără riscuri care sunt asociate cu volatilitatea prețului combustibililor fosili;
• Securitatea aprovizionării – energie eoliană evită dependența de importurile de energie;
• Design modular, instalare rapidă;
• Sursă de alimentare comparabile cu metodele convenționale de producere a energiei;
• Energia eoliană este fără interferență de activitate cu agricultura și activitățile industriale din apropierea fermelor și parcurilor eoliene.
În multe colțuri ale lumii energia vântului a atins deja un nivel care îi permite să devină o sursă majoră de energie. Creșterea energiei eoliene în țările dezvoltate, în special Europa pentru o lungă perioadă de timp a fost și este soluția problemei pentru fenomenul schimbării climatice globale.
Schimbările climatice – o problemă complexă și gravă. În cazul care guvernele amân să ia măsuri de reducere a emisiilor gazelor de seră, puterea distructivă a uraganelor Katrina, Patricia sau Rita ar fi nimic în comparație cu problemele care pot coborî pe planetă după schimbările climatice.
Turbine Eoliene
Reducerea emisiilor cu efect de seră este în același timp o importanță economică și de mediu. Pentru a evita efectele schimbărilor climatice dăunătoare, politica la nivel internațional de protecție a mediului ar trebui să vizeze spre a menține nivelul de creștere a temperaturii medii globale cel mult cu 2 grade celsius, comparativ cu nivelul temperaturii în perioada preindustrială. Pentru a rezolva această problemă lumea în următorul deceniu trebuie să se schimbe radical la abordarea metodelor de producție și de consum al energiei.Citește mai mult »
La momentul de față, locuitorii pământului sunt în imposibilitatea de a se descurca fără energie electrică, producția și consumul de energie electrică sunt în continuă creștere, iar valoarea sa este în mod constant din ce în ce mai scumpă.
Costul de producție a petrolului și cheltuielile pentru ca să extragi petrolul de sub pământ cresc. Costul energiei electrice merg în sus, deoarece costurile materiei prime și a materialelor de bază care se utilizează, cum ar fi cuprul sunt fără precedent la nivelul cel mai înalt.
Sursele de energie regenerabilă cum ar fi energia solară și eoliană reprezintă soluții reale și viabile pentru aceste probleme, cu atât mai mult că costul surselor tradiționale de energie vor fi doar în creștere. Până în prezent, cele mai populare tematici de investiție în sursele regenerabile de energie sunt energia vântului și energia directă a soarelui.
Energia solară – în sectorul de activitate economică și aplicare tehnică este legat de utilizarea radiației directe a soarelui pentru obținerea de energie. Energia de conversie directă a soarelui folosește o sursă inepuizabilă de energie care constituie razele soarele, fără să cauzeze deșeuri nocive acestea și sunt ecologice. Energia solară care este generată de soare este atât de puternică încât, lumina timp de o oră într-o zi fierbinte soare conține mai multă energie decât ar consuma toată lumea într-un an. Specialiștii spun că dacă am putea capta cel puțin 0,01 % din această energie, atunci va lipsi nevoia să utilizăm petrolul, gazul sau orice altceva. Problema care apare nefiind de natură că „lipsește energie”, dar problema constă mai mult în tehnologia cu ajutorul căruia poate fi convertită. În zilele noastre există mai multe tehnologii avansate care pot efectua aceste sarcini.
Energia solară poate fi transformată în energie electrică și termică prin intermediul a două metodologii principale:
Cel mai des se folosește metoda utilizării căldurii cu ajutorul colectoarelor solare sau a încălzitoarelor de apă. Ele sunt instalate pe suprafețe fixe, de obicei pe acoperișurile caselor astfel încât să păstreze un anumit unghi față de orizont. Fluidul de încălzire/răcire poate fi aer, apă sau antigel. Aceste instalații suprafața lor se încălzește la temperatura aproximativă de 40 – 50 grade unele mai performante și mai mult decât spațiul înconjurător, ce este asigurată de colectoare. Dar de asemenea aceste sisteme de conversie pe lângă încălzire pot fi utilizate și pentru condiționare, uscarea fructelor, în gospodării și chiar să transforme apa de mare în apă potabilă.
Sistemul colector solar
Cea de a doua metodă, energia solară este transformată direct în energie electrică. Acest proces este realizat prin intermediul panourilor solare pe bază de siliciu, așa numitele instalații fotovoltaice.Citește mai mult »
De aici puteți accesa o pagină pentru a vizualiza condițiile meteorologice la nivel mondial în care este inclusă și harta vânturilor pe Terra, prognoza este făcută de supercomputere, informația fiind actualizată la fiecare 3 ore.
Harta vânturilor
Analizele de deplasare a maselor de aer sunt făcute la următoarele înălțimi:
1000 hPa | ~ 100 m, condițiile la nivelul marii (solului și a apei) – „Surface”
850 hPa | ~ 1500 m, limita terestră, minimă
700 hPa | ~ 3.500 m, limita terestră, maximă
500 hPa | ~ 5000 m, vorticitate
250 hPa | ~ 10.500 m, flux de aer cu jet înalt
70 hPa | ~ 17.500 m, stratosfera
10 hPa | ~ 26.500 m, deasupra stratosferei
Stratul de suprafață „Surface” reprezintă condiții la nivelul solului sau a apei, acest strat urmează conturul munților, văilor, etc.
Soliditate – raportul dintre suprafața aparentă a turbinei și aria frontală a turbinei:
S = n*a/A
n – numărul de pale,
a – aria unei pale,
A – aria turbinei.
Soliditatea este raportul dintre aria segmentului de pală înmulțit cu numărul de pale și aria segmentului din discul rotorului corespunzător raze-i locale. Soliditatea turbinei va crește odată cu numărul de pale care o influențează la pornire. Un raport de soliditate crescută este pus în legătură cu pornirea rotorului la viteze mici ale vântului însă aduce cu sine un comportament de nedorit în cazul vitezelor excesive ale vântului ducând ușor la distrugerea rotorului.
Pentru soliditate mică avem viteză mare și cuplu mic,
Pentru soliditate mare avem viteză mică și cuplu mare.
Cu cât soliditatea este mai mică cu atât TSR (Tip Speed Ration) este mai mare.
În literatura de specialitate autohtonă aceast parametru de intrare TSR (Tip Speed Ration) se mai numește rapiditatea de la vârful palei (RPV).
TSR – Tip Speed Ration – Viteza periferică pe suprafața vârfurilor palelor. – Parametrul reprezintă raportul dintre viteza lineară/tangențială a vârfului palei și viteza vântului incident.
Soliditatea este parametrul esențial în definirea turbinei aceasta influențează major randamentul turbinei și valoarea TSR mai mult decât alegerea profilului aerodinamic.
O soliditate mare implică un randament scăzut al turbinei dar un start ușor la viteze mici ale vântului, optimul este atins de varianta cu 3 pale. Creșterea solidității rezolvă problema pornirii dar încurcă să aibă un maxim de performanță.
„*” – înseamnă – „înmulțit cu” -.
„/” – înseamnă – „împărțit la”- .
Energia vântului este una din cele mai vechi surse de energie nepoluantă cunoscută și aplicată încă din străvechile civilizaţii. Energia vântului se utiliza de exemplu: în navigaţia maritimă, pomparea apei, mori pentru măcinarea boabelor care funcţionau pe baza puterii vântului.
Energia eoliană face parte din categoria surselor energiilor regenerabile (SER), non poluante, generată din energia cinetică a vântului – cu alte cuvinte „vântul este în calitate de combustibil pentru centralele eoliene”.
În zilele noastre, fraza utilizarea energiei eoliene semnifică, în primul rând, energia electrică nonpoluantă produsă la o scară semnificativă de „mori de vânt” moderne numite: mori eoliene, turbine eoliene, aerogeneratoare sau simplu eoliene.
Revoluţia industrială a oferit o nouă etapă pentru morile de vânt, prin apariţia de noi materiale, noi tehnologii, descoperirea de noi fenomene fizice naturale și ca consecință a apărut noi metodologii de conversie și noi forme constructive a turbinelor eoliene.
Pe parcursul utilizării energiei vântului s-au conceput foarte multe tipuri de captatori eolieni având forme, principii de funcționare și soluții constructive diferite. Iar de aici apare evident o nevoie a clasificării diverselor tipuri de captatori eolieni corespunzător pe categorii distincte, care să contribuie la o clarificare a denumirilor și noțiunilor utilizate în domeniul acestora.
Pentru a defini cât mai clar un captator eolian se pot stabili următoarele criterii de clasificare:
1. Criteriul cinematic;
2. Criteriul poziției axului;
3. Criteriul principiului de funcționare;
4. Criteriul tipului;
5. Criteriul orientării;
6. Criteriul constructiv;
7. Criteriul forței motrice;
8. Criteriul denumirii.
După forma constructivă în domeniul industrial tehnologic de producere a turbinelor eoliene se împart în două mari categorii:
Turbinele eoliene în principal se disting și după principiul de acționare a rotorului și acestea se împart în:
1. Principul de funcționare pe bază de rezistență la înaintare,
2. Principiul de funcționare pe baza de portanță.
În imaginea de mai jos puteți vedea modelele constructive:
Clasificarea turbinelor eoliene
În funcție de puterea electrică furnizată:
1. Turbine eoliene de mică putere – sub 100 kW – casnice, ferme, zone agroindustriale.
2. Turbine eoliene de mare putere – peste 100 kw – turbine eoliene industriale.
Producerea energiei electrice (aerogenerator) este cea mai efectivă modalitate de utilizare a energiei vântului, datorită randamentului înalt al procesului de conversie și pierderilor neînsemnate în linia de transport până la locul de utilizare a energiei.
Green Space Technology 