Energia eoliană

Generalităţi privind energia. Istoricul utilizarii energiei vantului

Energia este definita in Dictionarul Explicativ al Limbii Romane, in literatura de

specialitate din tara si din strainatate, ca si pe numeroase site-uri web, in diverse limbi de circulatie internationala, ca fiind capacitatea unui sistem fizic de a produce lucru mecanic. Uneori se mentioneaza in definitia energiei si capacitatea unui sistem fizic de a produce caldura. Cu toate acestea, notiunea de energie este mult mai complexa, fiind evident, asociata si cu alte sisteme in afara de cele fizice si anume sisteme biologice, chimice, etc. Unele mentiuni din literatura tehnica de specialitate, considera ca energia este implicata in toate procesele care presupun orice fel de schimbare sau transformare, fiind responsabila de producerea acestor schimbari sau modificari. Se poate considera chiar ca materia in sine, reprezinta o forma “condensata” de energie, iar aceasta energie este inmagazinata in atomii si moleculele din care este alcatuita materia.

Legătura dintre cele două forme de manifestare, energia si materia, este reprezentata de celebra ecuatie a lui Albert Einstein:

E = m • c2

Cele mai importante surse de energie, utilizabile la ora actuala cu tehnologiile disponibile sunt reprezentate de combustibilii fosili, cele mai cunoscute tipuri de asemenea combustibili fiind petrolul si produsele obtinute din acesta, gazele naturale si carbunii.

In prezent, cca. 85…90% din energia consumata anual pe Pamant, este produsa prin arderea combustibililor fosili. In anul 2030, se estimeaza ca din punct de vedere al sursei utilizate, structura productiei energetice va fi aproximativ următoarea:

- 75…85% din arderea combustibililor conventionali;

- 10…20% din fisiune nucleara;

- 3…5% din energie hidraulica;

- cca. 3% din energie solara si eoliana. (*1)

Energia vantului a fost folosita de om din cele mai vechi timpuri. Primele mori de vant sunt semnalate in jurul anului 200 inaintea erei noastre in Persia, pentru macinatul graului. Folosirea acestor mori, cu ax vertical, panemonele, s-a raspandit ulterior in toata lumea islamica. Mai tarziu s-au inventat mori de vant cu ax orizontal, constand din brate de lemn pe care erau fixate panze. Din aceste tipuri arhaice se mai gasesc si azi in functiune unele modele in insula Creta.

Dupa unele izvoare, se pare ca Hammurabi. Intemeietorul puternicului Babilon, ar fi conceput cu 2000 de ani inaintea erei noastre un imens proiect de irigare a campiilor Mesopotamiei, folosind energia vantului.

In jurul anului 640 sunt semnalari potrivit carora califul Omar utiliza morile de vant la pomparea apei. In secolul al XI-lea morile de vant erau utilizate pe scara larga in Orientul Apropiat. Acestea se pare ca au fost aduse in Europa in secolul al XIII-lea de cruciatii intorsi din Orient. In secolul al XIV-lea, olandezii deschid drumul spre imbunatatirea conceptiei morilor de vant, folosindu-le pentru drenarea lacurilor si mlastinilor.

O utilizare in masa a energiei vantului o vor prilejui necesitatile de energie ale Americii. Vechea moara de vant adusa in America de catre olandezi va suferii in secolul al XIX-lea o schimbare radicala. Un constructor de mori, numit Daniel Hollady a inventat moara multipala, denumita si moara fermierului. Ea a inspirat o succesiune de alte inventii si a dat avantul necesar producerii a milioane de mori de vant in jurul anului 1930. Oricum, intre anii 1880 si 1930, in America au functionat in jur de 6,5 milioane de mori de vant, cu toate ca dupa 1865 tehnologiile de extractie si rafinare ale petrolului incepeau sa-si spuna cuvantul. Cu un anumit grad de rezerva se estimeaza ca la nivelul anului 1890, o patrime din energia mecanica consumata in America provenea din vant.

Descoperirea electricitatii, dezvoltarea generatoarelor si a bateriilor electrice a oferit o piata in plus morilor de vant in scopul producerii acestei noi forme de energie. In anul 1894 exploratorul norvegian Fristgof Nansen a construit in Arctica un dinam actionat de vant, am spune azi, un generator eolian care producea lumina electrica, inainte ca acest „lux” sa fie disponibil chiar in marile orase. (*2)

Prima abordare comerciala, pe scara larga, a conversiei energiei eoliene in energie electrica a fost cea de la Granpa's Knob din Vermont, U.S.A. din 1939. Turbina Smith Putnam avea o putere instalata de 1,25 Mw si un rotor cu ax orizontal de 53 m diametru. Acest proiect a cumulat experienta si geniul unor proiectanti de top, precum von Karman sau den Hartog. Aceasta turbina poate fi considerata cea mai longeviva, functionand cu succes mult mai mult timp decat multe dintre agregatele multi-Mw ai anilor 80. Urmatorul jalon in dezvoltarea turbinelor eoliene a fost turbina Gedser, construita intre 1956 si 1957 de catre pionierul danez al energiei eoliene Johannes Juul pentru compania de electricitate SEAS pe insula Gedser din sudul Danemarcei. Cu un rotor de 24 m diametru si o putere de 200 kW, aceasta capacitate a functionat din 1958 pana in 1967, cu un factor de utilizare a puterii instalate de cca. 20%.

La inceputurile anilor 80, multe dintre problemele privind constructia rotorilor au fost cercetate. Astfel, rotorii din otel au fost abandonati datorita greutatii prea mari. Aluminiul a fost si el exclus dintre materialele posibil de utilizat, datorita comportarii inadecvate in studiile de anduranta (fenomenul de oboseala a materialului este cel mai periculos). Perioada 1970-1990 a fost dominata de rotorii construiti din poliester armat cu fibra de sticla. Incepand cu anul 1980, o combinaţie de facilitati investitionale si de taxe, la nivel statal si federal, a permis o semnificativa expansiune a utilizarii energiei vantului in California. In zone precum San Gorgonio, Tehachapi si Altamont Pass s-a remarcat o suprapopulare cu turbine eoliene proiectate ineficient, de randament scazut.

Scutirile de taxe si facilitatile investitionale din California au creat, insa, o majora piata de export pentru europeni, mai ales pentru producatorii de turbine eoliene din Danemarca ce au avut astfel prilejul sa-si testeze si sa-si dezvolte noile tehnologii. Interferenta tehnologiilor europene cu cele americane au produs o noua generatie de agregate eoliene, amplasate tot in California, mult mai bine proiectate, mult mai eficiente. Schimband si imaginea „sifonata” a vechilor tehnologii, noua generatie de turbine californiene constituie baza pe care s-a construit industria moderna a vantului.(*3)

Este surprinzator ca generatoarele eoliene cu ax vertical n-au fost dezvoltate in proportia celor cu ax orizontal, desi numeroase variante sunt posibile. Aplicarea turbinei cu ax vertical a fost propusa chiar si pentru propulsia navala. In anul 1923, Flettner Anton a echipat la Kiel o nava cu doua rotoare cu ax vertical de tipul Savonius. Turbinele cu ax verical mult mai simple au fost inventate in anul 1929 de francezul Darrieus si „redescoperite” dupa anul 1970 de o echipa de canadieni, care au dat avant cercetarilor pentru utilizarea acestor tipuri.