|
Un sistem de energie eoliană transformă energia cinetica a vântului în energie mecanică sau electrică care pot fi valorificate pentru utilizare practică. Energia mecanica este cel mai frecvent utilizata pentru pomparea apei din zonele rurale sau cele mai îndepărtate locaţii - ferma eoliana încă observata în numeroase zone rurale din SUA este o pompa mecanica eoliana - dar poate fi de asemenea utilizata pentru multe alte scopuri (de recoltat cereale, de folosit ferăstrăul, împingând o barcă, etc). Turbinele eoliene electrice sunt folosite pentru generarea de electricitate pentru case şi pentru întreprinderi cat şi pentru vânzarea ca utilitati.
Există două modele de bază de turbine eoliene electrice: - cu axa verticală sau "stil de ou hăitaş" şi cu axa orizontală (stil elice). Turbinele eoliene cu axa orizontală sunt cele mai comune in ziua de astăzi, reprezentand aproape toate "utilitatile la scară" (de la 100 kilowaţi in sus) dintre turbinele de pe piaţa mondială.
Subsistemele turbinelor eoliene includ:
- Paletele rotorului - cele care convertesc energia vântului în energie de rotaţie pe ax;
- O nacela (o incinta) - care conţine un tren de rulare de obicei, inclusiv o cutie de viteze
şi un generator;
- Un turn - pentru a sprijini rotorul şi trenul de rulare;
- Echipamente electronice - cum ar fi controlere, cabluri electrice, echipamente de sprijin la sol, precum şi echipamentele de interconectare.
- Unele turbine nu au nevoie de o cutie de viteze
Diametrul rotorului are o rază de până la 80 de metri, masini mai mici (în jur de 30 de metri) sunt tipice în ţările în curs de dezvoltare.
Turbinele eoliene pot avea trei, două sau doar o paleta a rotorului. Cele mai multe au trei.
Paletele sunt executate din fibra de sticla armata cu poliester sau epoxi-lemn.
Paletele se rotesc la 10-30 de rotatii pe minut la viteză constantă, deşi un număr tot mai mare de turbine funcţioneze la o viteză variabilă.
Puterea este controlată în mod automat pentru ca viteza vântului variază şi turbinele sunt oprite la viteze ale vântului foarte mari pentru a le proteja împotriva deteriorării.
Majoritatea au cutii de viteze, deşi există un număr tot mai mare cu driver-urile directe.
Senzori sunt folositi pentru a monitoriza direcţia vântului şi turnul din cap este întors spre linia cu vânt.
Turnurile cilindrice sunt în mare parte din otel, vopsite în general, gri deschis. Turnurile Lattice sunt utilizate în unele locaţii. Gama Towers 25 - 75 de metri în înălţime.
Turbinele din gama comercială de calitate sunt de la câteva sute de kilowaţi, la peste 2 megawaţi. Parametrul esenţial este diametrul paletelor rotorului - mai mare din zona "maturat" de rotor şi de ieşire pentru a produce mai multa energie. În prezent, dimensiunea medie de turbine noi care este instalata acum este intre 1.3-1.85MW. Tendinţa este spre trecerea la turbine eoliene mai mari, deoarece acestea pot produce energie electrică la un preţ mai mic.
Turbinele eoliene variază în dimensiune. Această diagramă descrie o varietate de dimensiuni ale turbinei de-a lungul istoriei cat şi cantitatea de electricitate pe care sunt capabile să o genereze fiecare (capacitate de turbina sau puterea de rating).
..
..............................................1981 .......1985 .......1990 ........1996 .........1999 ...........2000
Rotor (metri) ...................... 10 ............17 ...........27 ..............40 ...............50 ................71
Putere (KW) ........................25 ..........100 .........225 ............550 ............750 ...........1,650
Anual MWh ........................ 45 ..........220 .........550 .........1,480 ..........2,200 ...........5,600
Energia electrică generată de o turbina eoliana de utilitate industriala este în mod normal colectata şi introdusa în liniile electrice de inalta tensiune caz în care se amestecă cu energia electrică de la centralele electrice clasice, hidrocentrale şi alte tipuri de centrale livrate consumatorilor ca utilitati. Astăzi sunt testate turbine cu capacitati din ce in ce mai mari mare ca de ex 5000-10.000 kW (putere de 5-10 MW).
|
|
Cel mai important factor este locatia turbinei eoliene. Puterea disponibila de la vânt este o funcţie de cub la viteza vântului. Prin urmare, o dublare a vitezei vântului oferă de opt ori puterea turbinei. Toate celelalte lucruri fiind egale, o turbina dintr-o locatie cu o viteza medie a vântului de 5 metri pe secundă (m/s) va produce energie aproape de doua ori mai mult ca o turbina dintr-o locaţie în cazul în care media vântului este de 4 m/s.
În al doilea rând este disponibilitatea de acces echipamente. Aceasta este capacitatea de a opera service si mententanta atunci cand vantul bate cu putere – este un indiciu a fiabilităţii turbinei. Aceasta disponibilitate este de obicei la peste 98% pentru turbinele eoliene moderne.
Ultimul factor este aranjamentul turbinei. Turbinele din fermele eoliene trebuie să fie atent aranjate pentru a obţine maximum de energie din vant - aceasta înseamnă că acestea ar trebui să se obtureze reciproc cât mai puţin posibil de la viteza si traseul vântului.
|
|
Turnurile turbinelor eoliene sunt in cea mai mare parte tubulare şi fabricate din oţel. Palele rotorului turbinei sunt executate din fibra de sticla armata cu poliester sau epoxi-lemn.
|
|
Turbinele eoliene de utilitate industriala pentru fermele eoliene terestre vin în diferite mărimi, cu un diametru al rotorului variind de la aproximativ 50 de metri la aproximativ 90 de metri, şi cu turnuri de aproximativ aceeaşi dimensiune. O turbina de 90 de metri cu un turn de 90 de metri ar avea o înălţime totală de la baza spre vârful turnului rotorului de aproximativ 135 de metri) .
Turbinele Offshore de amplasare in larg au cele mai mari rotoare-în acest moment, cele mai mari au 110 metri diametrul rotorului deoarece sunt mai usor de transportat palele mari ale rotorului pe nave decât pe uscat.
Turbinele eoliene mici destinate utilizării rezidentiale sau afacerilor mici sunt cu mult mai mici. Majoritatea au un diametru al rotorului de 8 metri sau mai puţin şi pot fi montate pe turnuri de 40 de metri în înălţime sau mai puţin.
|
|
Capacitatea de a genera electricitate este măsurată în waţi. Watts sunt unităţi foarte mici, astfel încât termenii kilowaţi (kW = 1.000 waţi), megawatt (MW = 1 milion de waţi), şi gigawatt (GW = 1 miliard de waţi) sunt cei mai frecvent folositi pentru a descrie capacitatea de generare de unităţi cum ar fi turbinele eoliene.
Producţia de energie electrică şi consumul sunt cel mai frecvent măsurate în kilowaţi-oră (kWh). Un kilowatt-oră înseamnă un kilowat (1.000 W) de energie electrică produsă sau consumate in intervalul de o oră. Un bec de 50 watt care lumineaza timp de 20 de ore consumă un kilowatt-oră de energie electrică (50 W x 20 ore = 1000 Watt-oră = 1 kilowatt-oră).
Puterea de iesire a unei turbine eoliene depinde de dimensiunea turbinei si viteza vântului, prin intermediul rotorului. Turbinele eoliene sunt fabricate acum la puteri variind de la 250 waţi la 5 megawaţi (MW).
Exemplu: o turbina eoliana de 10 kW, poate genera aproximativ 10.000 kWh anual, intr-o locatie cu viteze medii ale vantului de 12 mile pe oră, sau suficient pentru a alimenta o gospodărie tipica. O turbină de 5 MW poate produce mai mult de 15 milioane kWh într-un an - suficient pentru a alimenta mai mult de 1.400 de gospodării. În medie, o gospodarie de uz casnic din SUA consumă aproximativ 10.000 kWh de electricitate în fiecare an.
Exemplu: O turbina de 250 kW, instalata la o şcoala, prevede o medie de 350.000 kWh de electricitate pe an, mai mult decât este necesar pentru şcoala de 53.000 de metri patrati. Excesul de energie electrică introdus în sistemul de utilitati locale a ajutat scoala sa câştige 25.000 dolari în primii cinci ani de funcţionare. Şcoala utilizează energie electrică de la utilitati ori cand nu bate vantul. Acest proiect a fost de succes, astfel că directiunea scolii a instalat o turbina noua cu o capacitate de 750 kW.
Viteza vantului este un element crucial in proiectarea de performanţă a turbinei, şi o viteză a vântului locului este măsurată printr-o evaluare a resurselor eoliene, înainte de construirea unui sistem eolian. În general, o viteza medie a vântului anual mai mare de patru metri pe secundă (4 m/s) (9 km/h) este necesara pentru turbine eoliene mici electrice (cat si pentru eoliene folosite in actiuni de pompare a apei). Turbinele eoliene de utilitate industriala pentru a produce energie eoliană necesită viteze medii ale vântului de minimum 6 m/s (13 km/h).
|
|
Majoritatea producatorilor de turbine de utilitate industriala oferă echipamente eoliene de la 700 kW la gama de 2,5 MW. Zece unităţi de 700 kW, ar face o instalaţie eoliană de 7 MW, în timp ce 10 masini de 2,5 MW, ar face-o instalaţie de 25 de MW. În viitor, maşinile de dimensiuni mai mari vor fi disponibile, deşi acestea vor fi, probabil, instalate în larg. Unităţi de până la 5 MW sunt acum în curs de dezvoltare.
|
|
O gospodarie medie din SUA foloseste aproximativ 10655 de kilowaţi-oră (kWh) de energie electrică în fiecare an. Un megawatt de energie eoliană poate genera de la 2,4 la mai mult de 3 milioane kWh anual. Prin urmare, un megawatt de vânt generează electricitate la fel de mult ca utilizeaza 225 - 300 gospodării. Este important să reţineţi că, deoarece vantul nu sufla tot timpul, aceasta nu poate fi sursa de energie pentru mai multe familii fără o anumită formă de sistem de stocare (acumulatori). "Numărul de case deservite" este doar un mod convenabil de a traduce o cantitate de energie electrică într-un termen familiar pe care oamenii o pot intelege. De obicei, stocarea nu este necesară, deoarece generatoarele eoliene sunt numai o parte din centralele electrice ale unui sistem de utilitati, existand şi alte surse de combustibil utilizate atunci când energia eoliană nu sufla.
|
|
Cea mai economica aplicare de turbine eoliene electrice este în grupuri de turbine mari (660 kW şi în sus), numit "centrale electrice eoliene" sau "ferme eoliene". De exemplu, o fermă eoliană de 107 MW, aproape de comunitatea de Lacul Benton, Minn, este formata din turbine amplasate departe pe terenuri agricole de-a lungul vântului Buffalo Ridge. Fermele eoliene genereaza energie electrică în timp ce utilizarea terenurilor agricole continuă netulburată.
Centralele eoliene pot varia în mărime de la un megawatt la câteva sute de megawaţi în capacitate. Centralele electrice eoliene sunt "modulare", ceea ce înseamnă ca acestea sunt constituite din mici module individuale (turbinele) şi poate fi făcută cu uşurinţă mai mari sau mai mici, după cum este necesar. Turbinele, pot fi adăugate daca creste cererea de energie electrică. Astăzi, un parc eolian de 50 MW, poate fi finalizată de la 18 luni la doi ani. Majoritatea timpului se scurge datorita faptului că este nevoie de timp pentru măsurarea vântului şi obţinerea permiselor de construcţie a parcului eolian, parcul eolian in sine poate fi construit în mai puţin de şase luni.
|
|
Factorul de capacitate este un element în măsurarea productivităţii unei turbine eoliene sau orice altă unitate de producţie de energie. Se compara producţia de energie reala pe o anumită perioadă de timp cu potentialul total de energie dacă ar fi să ruleze la capacitate maximă pentru aceeaşi cantitate de timp.
Factor de capacitate = Valoarea efectivă de energie produsă în timp/supra/Puterea care ar fi fost produsa în cazul în care turbina ar fi operat la capacitate maximă de 100% din timp
O centrala eoliana functioneaza mult timp dacă nu sunt probleme cu echipamentele sau cu întreţinerea. Un factor de capacitate de 40% la 80% este tipic pentru centralele convenţionale.
O instalaţie eoliană este "alimentata" de vânt, care suflă în mod constant sau uneori sulfa, alteori nu. Turbinele eoliene moderne la scara industriala funcţioneaza în general de la 65% până la 90% din timp, adesea. Prin urmare, un factor de capacitate de 25% la 40% este comun, deşi acestea pot realiza mari factori de capacitate mai mari, în cazul in care exista vânt intens si constant timp de săptămâni sau luni.
Este important de notat că în timp ce factorul de capacitate este aproape în întregime o chestiune de fiabilitate pentru o centrala alimentat conventional, nu acelasi lucru este valabil si pentru o centrală eoliană, ci este o chestiune de design a turbinei. Cu un foarte mare rotor şi un generator de dimensiuni foarte mici, o turbina eoliana ar fi la capacitate maximă ori de câte ori batea vantul si ar avea un factor de capacitate de 60-80%, dar s-ar produce electricitate foarte putin. Cele mai eficiente metode de castig din energia electrica pentru fiecare dolar investit este prin utilizarea unui generator mare şi acceptarea faptului că factorul de capacitate va fi mai redus ca rezultat. Turbinele eoliene sunt fundamental diferite de centralele electrice alimentate din alte surse.
|
|
O turbina eoliana la o locaţie tipică în centrul şi vestul SUA ar trebui să ruleze aproximativ 65-90% din timp. Cu toate acestea, o mare parte din timp, aceasta va fi generatoare la mai puţin de capacitatea maxima (a se vedea răspunsul anterior), ceea ce face factorul de capacitate mai mic.
|
|
Factorul de disponibilitate (sau doar "disponibilitatea") este o măsură de fiabilitate a unei turbine eoliene sau ale altor centrale electrice. Acesta se referă la procentul de timp în care o instalaţie este gata pentru a genera electricitate(nu scoasa din funcţiune, pentru întreţinere sau reparaţii). Turbinele eoliene moderne au o disponibilitate mai mare de 98% - mai mare decât majoritatea altor tipuri de centrale electrice. După mai mult de două decenii de rafinament constant in inginerie, turbinele eoliene de astazi sunt foarte fiabile.
|
|
|
