Energia eoliană

1. INTRODUCERE

Vântul este o mişcare a maselor de aer, în principal pe direcţie orizontală, care se datorează diferenţei de presiune atmosferică a două zone de pe glob. Distribuţia lui este neuniformǎ , iar studierea circulaţiei lui prin modele matematice, este una din cele mai mari probleme, care încǎ nu şi-a gǎsit în totalitate soluţia.

Din cele mai vechi timpuri omul a fost preocupat de folosirea resurselor energetice naturale în scopul uşurării muncii sale, iar în sfera acestor preocupări a intrat şi energia vântului.

Documente vechi feniciene şi egiptene dovedesc folosirea energiei vântului pentru deplasarea navelor cu pânze, dar ea s-a folosit şi pe uscat. Astfel, se pare că acum 3000 de ani au fost construite primele mori de vânt în Egipt, iar în insulele Mării Egee există mori de vânt care sunt construcţii masive de piatră de acum 2000 de ani.

Acum 1500 de ani chinezii au construit primele lor roţi de vânt, cu pânze, pentru pomparea apei de mare, în vederea obţinerii sării de bucǎtǎrie.

În Europa Centrală medievală, prin sec. al XI-LEA, se ajunsese la o răspândire mare a morilor de vânt, iar în perioada Renaşterii, Leonardo da Vinci desenează primul anemometru, pentru determinarea vitezei vântului.

În America, cea mai veche moară de vânt a fost ridicată de spanioli în 1512, în Yucatan, iar în California, în sec. al XVII-lea erau mori de vânt pentru prelucrarea trestiei de zahăr. În Olanda se realizează mori de vânt pentru desecări şi încep să apară îmbunătăţiri teoretice remarcabile în acest domeniu ale unor oameni de ştiinţă ca Euler şi Bernoulli.

În sec. al XX-lea, după primul război mondial, s-au realizat studii laborioase de aerodinamică şi, pe baza lor au rezultat construirea unor pale, din ce în ce mai performante, unde o importantă contribuţie având în acest sens, dr.Albert Betz.

După al doilea război mondial s-au înfiinţat institute specializate pentru cercetări în domeniul energiei vântului.

S-a trecut la utilizarea unor materiale speciale pentru construcţia de pale, aşa-numitele materiale compozite ( rǎsini armate, fibrǎ de carbon , sticlǎ şi kevlar, realizându-se turbine de vânt de puteri mari, de ordinul sutelor de kW şi chiar de 1…3MW.

În timp au fost multe idei şi încercări, unele de-a dreptul fanteziste, dar s-au impus doar câteva tipuri de turbine de vânt, care au rămas de actualitate. Acestea se perfecţionează continuu, din toate punctele de vedere.

Fig.1 Moarǎ de vânt Olandezǎ din sec XVI.

2. Aspecte importante privind vântul.

Viteza vântului este un element important de care depinde puterea unei turbine de vânt, (puterea rotorului este funcţie de v3) şi variază funcţie de mai mulţi factori: de zona de pe glob, de sezon, de altitudine, de perioada din zi , etc.

În figura 2 este prezentatǎ harta cu potenţialul energetic eolian al Romaniei, determinatǎ pe baze statistice culese în ultimii 20 ani. Variaţia bruscă a vitezei vântului are efecte negative din punct de vedere al rezistenţei materialelor asupra componentelor instalaţiilor de conversie a energiei.

Fig.2 Harta cu potenţialul energetic eolian al Romaniei [ kWh/m2/an]

Fig.3 Influenţa reliefului asupra distribuţiei vitezei vântului.

- Turbulenţa vântului, se referă la fenomene de amestec al maselor de aer determinate de inconstanţa vântului în preajma obstacolelor ( clădiri, păduri etc ). Efectele turbulenţei sunt negative asupra instalaţiilor (v. fig.3 ) întrucât se pierde o parte din puterea care ar fi disponibilă în condiţii de curgere laminară şi apar vibraţii.

- Este de preferat, ca direcţia vântului, să nu se schimbe des în perioade scurte de timp.

3. Amplasarea turbinelor de vânt.

Amplasarea unei turbine de vânt are o mare importanţă pentru obţinerea puterii scontate şi pentru o funcţionare normală. Astfel, amplasamentul trebuie să asigure o viteză de vânt cat mai constantă, de o mărime corespunzătoare turbinei în cauză, masa de aer având - pe cât posibil - curgerea laminară, şi aceasta să aibă loc cât mai multe ore pe an. Zonele colinare domoale, dealurile rotunjite, văile, zonele litorale deschise sunt de preferat. Nu sunt recomandate relieful stâncos, ascuţit şi obstacole de genul zidurilor, pădurilor, în general a oricăror construcţii.

Cel mai indicat ar fi să se dispună de o distribuţie a frecvenţei vânturilor pentru locul de amplasare avut în vedere; aceasta se poate obţine fie din măsurători directe, fie apelând la datele unei staţii meteorologice apropiate (vitezei vântului este un factor esenţial la proiectarea unui rotor de turbină eoliană) .

Dacă viteza din amplasament este depărtată ca valoare de viteza pentru care a fost proiectat rotorul respectiv, acesta va funcţiona în condiţii optime relativ puţin timp. Oricum, de la începutul proiectării rotorului se ştie că acesta va funcţiona optim doar pentru o anumită valoare a vitezei vântului, pentru alte valori randamentul scăzând.