Centrale Eoliene Istoria Energiei Eoliene [PDF]

Zitiervorschau

Centrale eoliene – Istoria energiei eoliene Energia eoliana se refera la energia produsa de vant,este un tip de energie regenerabila. Energia produsa de vant este transformata in energie electrica. La inceput aceasta energie a fost folosita pentru maruntirea grauntelor in antichitate si in evul mediu in Franta si Anglia. Un impuls pentru valorificarea si impulsionarea cercetarilor in energia eoliana a fost dat de criza petrolului din anii 1970. Țările cu cea mai mare capacitate instalată în ferme eoliene sunt China, Statele Unite, Germania și Spania. La începutul anului 2011, ponderea energiei eoliene, în totalul consumului intern era de 24% în Danemarca, 14% în Spania și Portugalia, circa 10% în Irlanda și Germania, 5,3% la nivelul UE; procentul este de 3% în România la începutul anului 2012. La aceeași dată în România existau peste o mie de turbine eoliene, jumătate dintre ele fiind în Dobrogea. Istoria energiei eoliene

Primele mori de vant din Europa erau de tipul moara stalp. Velele se roteau pe un plan aproape vertical, iar corpul morii de vant era montat pe un stalp central. O parghie lunga, numita maneta de intoarcere, se prelungea in spate. Cand directia vantului se schimba, morarul apasa pe maneta de intoarcere pentru a roti din nou moara cu fata spre vant. Olandezii au inceput sa foloseasca morile de vant pentru a drena apa de pe camp. Un sistem consta dintr-o moara de vant ce actiona un mecanism asemanator cu o roata de apa, care scotea apa. Principalul dezavantaj al morilor de vant este ca, spre deosebire de rotile de apa, ele nu pot fi folosite daca este necesara energia continua; daca vantul inceteaza, se opreste si mecanismul.

Morile de vant se mai folosesc si acum in unele tari pentru macinarea cerealelor. Pompele cu palete multiple, actionate de vant, sunt folosite pentru a obtine apa din puturi in regiunile mai izolate, in special in Australia si Africa de Sud. Apa pompata este depozitata intr-un turn din apropiere. Desi in mod obisnuit se numesc mori de vant, aceste mecanisme sunt numite masini de vant si pompe de vant. O pompa de vant tipica are o roata cu diametrul intre 3-4 m, cu circa 20 de palete de otel presate. Roata este montata pe un stalp metalic avand inaltimea de aproximativ 8 m. Forta vantului pe o deriva verticala din spate mentine roata cu fata spre vant. Insa deriva este conceputa sa intoarca roata cand vantul devine extrem de puternic, pentru a preveni vatamarea organismului.

Fermierii francezi au folosit energia eoliana pentru a muta apa in bazine de irigare. In 1985 o pompa de apa bazata pe energia eoliana a fost intodusa in Statele Unite ale Americi.

In Danemarca energia eoliana a inceput sa fie folosita in anul 1890 cu sisteme care porneau de la 5 pana la 25 kW.

In anul 1930 un francezul G. J. M. Darrieus a proiectat un sistem de producere a energiei eoliene in forma de mixer.

referat.clopotel.ro

In 1941 langa Ruthland, Vermont o masina gigantica de 1.5 MW a alimentat cu energie serviciul public central din Vermont.

La fel cum tehnoligia apartinand de energia solara a acelerat in timpul embargolui de petrol din 1973-1974. energia eoliana a facut pasi considerabili in dezvoltarea sa. Compania Westinghouse electric a deschis departamentul de energie (DOE- Departmet of NERGY) NASA a finantand construirea la scara larga a turbinelor bazate pe energia eoliana, turbina cu capacitatea cea mai mare a fost construita in Oahu, Hawaii, avand o norma de 3.2 MW.

Intre anii 1981 si 1984 6870 de turbine au fost instalate in California. La sfarsitul anului 1983 au aparut 4600 de turbine bazate pe energia eoliana in afara Californiei. Aceste turbine produceau impreuna 300.000 KW.

Schimbarile de costuri la electricitatea produsa cu ajutorul energiei eoliene au scazut de la 14 centi pe KWh in 1985 la 5 centi pe kWh in 1994 facand din energia eoliana un competitor mult mai puternic pe piata electricitatii. EVOLUTIA EOLIANA Cm a evoluat energia eoliana ?

A inceput in Persia cu 7 secole inainte de Hristos

Morile de vânt persane

Morile de vânt persane aveau palete făcute din mănunchiuri de trestie, care se învârteau în jurul unei axe verticale și erau folosite la măcinarea grăunțelor. Ele au început să fie folosite de per și din secolul al VII-lea î.Hr.

Morile de vânt medievale europene

Reprezentare medievală a unei mori de vânt

Primele mori de vânt din Europa au fost construite în sec al 12-lea în nordul Fran ței și în sudul Angliei, ele s-au răspândit apoi în Belgia, Germania și Danemarca. În Olanda ele au fost folosite pentru a drena (asana) zonele mlăștinoase pentru a le face locuibile de către Jan Leegwater și inginerii danezi care i-au urmat.

Morile de vânt europene erau folosite atât la măcinarea grăunțelor cât și la tăierea buștenilor, mărun țirea tutunului, confecționarea hârtiei, presarea semințelor de in pentru ulei și măcinarea de piatră pentru vopselele de pictat.

referat.clopotel.ro

Europenii au dezvoltat mori de vânt cu rotoare care se învârteau în jurul unor axe orizontale, spre deosebire de perși care mergeau pe principiul unor axe verticale.

Morile de vânt europene tipice aveau patru palete, unele aveau cinci și ocazional mai existau și cu șase. Treptat multe din aceste mori de vânt europene au ajuns să aibă două sau trei nivele interioare unde bunurile (grăunțele, vopseaua, tutunul) puteau fi stocate.

La început morile de vânt europene erau capabile de a produce 25-30 kW de putere mecanică dar la momentul de vârf al evoluției lor, sfârșitul sec al 19-lea, ele au ajuns să producă aproximativ 1500 MW. Acest nivel nu a fost depășit până în 1998.

Morile de vânt americane pentru ferme

Morile de vânt americane pentru ferme se foloseau pentru pomparea de apă de la mare adâncime, fiind folosite în agricultura americană în vestul Statelor Unite.

Eficiența rotorului s-a dublat grație îmbunătățirilor paletelor- acum din metal- realizate de inginerul american Thomas Perry, la sfârșitul anilor 1800. Omul de afaceri american La Verne Noyes a construit cea mai de succes moară de vânt pentru ferme, Aermotorul, grație unor palete de metal foarte speciale. Aceasta s-a dovedit așa eficientă încât a revoluționat morile de vânt pentru ferme și se folose ște și în zilele noastre.

Morile de vânt americane au rămas memorabile prin siguranța și eficiența lor în capacitatea de a pompa apă de la mare adâncime. Totuși ele produc aproximativ o zecime din puterea unei turbine eoliene echivalente ca mărime. Astfel ele nu sunt potrivite pentru generarea de electricitate.

Morile de vânt pentru ferme au fost în vogă în prima parte a sec. al 20-lea. Mai mult de 1 milion de asemenea mori sunt încă în funcțiune în lume.

Între 1850- 1970 au fost construite peste 6 milioane în Statele Unite.

Turbinele eoliene moderne

Turbine eoliene, Germania

referat.clopotel.ro

Dorința de electrificare a gospodăriilor de-a lungul Great Plains din anii 30 a impulsionat dezvoltarea de turbine eoliene battery-charging. Așa-numitele windchargers au premers turbinelor eoliene cu 2 sau trei palete actuale, folosite pentru furnizarea de electricitate pentru reședințele îndepărtate și pentru a asigura electricitate satelor din țările în curs de dezvoltare.

Criza petrolului din anii 1970 a fost un stimulent pentru preocupările de valorificare a energie eoliene ca o sursă verde, alternativă de electricitate. Turbinele de vânt uzuale moderne generează între 250-300KW putere, aproape de 10 ori mai mult ca turbinele tradiționale europene de aceea și mărime.

Turbine Maglev

Turbinele Maglev folosesc o tehnologie inventată de savantul Nikola Tesla și perfec ționată de cercetătorii americani, presupunând utilizarea magneților permanenți pentru rotirea pale ților morii de vânt. Americanii au precizat că, în principiu, este vorba de un sistem asemănător funcționării celebrelor trenuri Maglev care merg pe pernă magnetică .„Este o tehnologie unică în lume care are foarte multe avantaje și aproape niciun dezavantaj. Eficiența este de 95%, centrala produce de la o viteză a vântului de 1,5 m/s până la viteze foarte mari de 40 m/s, iar noi garantăm o cantitate constantă de energie produsă lunar. Plus o garan ție de 25 de ani pe instalație în care vom repara orice problemă ar putea să apară”, a declarat Milorad Savkovik, reprezentantul pentru Balcani al companiei americane Strong Sales. Un MW instalat al turbinelor Maglev va costa aproximativ la fel ca un MW al unei eoliene clasice – 1,7 milioane de euro. Un prototip de 5 MW funcționează în statul New York. Mai există însă și o centrală de 100 de MW făcută pentru Pentagon, dar Armata Americană păstrează secretul asupra rezultatelor ei. Potrivit estimărilor făcute de Autoritatea pentru Energie din SUA, în următorii 10 ani o cincime din energia Americii va fi produsă în centrale Maglev. Principiul după care se ghidează centrala este levitația magnetică care face ca pale ții agregatului eolian să plutească în aer, fără rulmenți. Turbinele funcționează datorită fluxului magnetic permanent. Ace ști magne ți permanenți sunt compuși dintr-un metal rar denumit "neodim", care nu-și pierde energia prin frecare, fiind utilizat pentru rezonanța magnetică iar de către NASA în zborurile spațiale .

Aspecte tehnico-ecologice

Fundamentul energiei eoliene moderne

Fermă eoliană de turbine de 7,5 MW, Estinnes, Belgia

Vânturile se formează deorece soarele nu încălzește Pământul uniform, fapt care creează mișcări de aer. Energia cinetică a vântului poate fi folosită pentru a roti turbine capabile de a genera electricitate.

Mărimea turbinelor eoliene

Ferma eoliană în Tehachapi, California

referat.clopotel.ro

Turbinele eoliene pot fi împărțite în trei clase: mici, medii și mari. Turbinele eoliene mici sunt capabile de generarea a 50-60 KW putere și folosesc rotoare cu diametru între 1–15 m. Se folosesc în principal în zone îndepărtate, unde există un necesar de energie electrică dar sursele tradiționale de electricitate sunt scumpe sau nesigure.Unele mici turbine sunt așa compacte încât pot fi cărate în loca ții îndepărtate pe spatele calului.

Cele mai multe dispozitive eoliene sunt turbinele de dimensiune medie. Acestea folosesc rotoare care au diametre între 15–60 m și au o capacitate între 50-1500 KW. Cele mai multe turbine comerciale generează o capacitate între 500KW-1500KW.

Turbinele eoliene mari au rotoare care măsoară diametre între 60–100 m și sunt capabile de a genera 2-3 MW putere. S-a dovedit în practică că aceste turbine mastodont sunt mai puțin economice și mai pu țin sigure în raport cu cele de dimensiune medie. Turbinele eoliene mari produc până la 1,8 MW și pot avea o paletă de peste 40 m, ele fiind plasate pe turnuri de 80 m.

Unele turbine pot produce 5 MW, deși aceasta necesită o viteză a vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 de kilometri pe oră. Puține zone pe pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai mari și în zone oceanice.

Siguranța energiei eoliene

Mori de vânt, Mykonos, Grecia

Energia eoliană este o energie curată și regenerabilă dar este intermitentă, având varia ții în timpul zilei și al anotimpului, și chiar de la un an la altul. Turbinele eoliene funcționează cam 60% din an în regiunile cu vânt. Prin comparație, uzinele de cărbune funcționează la circa 75-85% din întreaga capacitate.

Majoritatea turbinelor produc energie peste 25 % din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.

În cazurile în care turbinele eoliene sunt conectate la mari rețele de electricitate, caracterul intermitent al energiei eoliene nu afectează consumatorii. Zilele fără vânt sunt compensate prin alte surse de energie cum ar fi uzinele de cărbune sau uzinele hidroelectrice care sunt conectate la re țea.

Oamenii care locuiesc în locuri îndepărtate și care folosesc electricitatea de la turbinele eoliene utilizează adesea baterii sau generatoare de rezervă pentru asigurarea energiei în timpul perioadelor fără suficient vânt.

referat.clopotel.ro

Cele mai multe turbine eoliene comerciale sunt offline (pentru întreținere sau repara ții) mai puțin de 3 % din timp, fiind, așadar, la fel de sigure ca și uzinele convenționale de energie.

Turbinele eoliene au reputația de a fi longevive. Multe turbine produc energie de la începutul anilor 80. Multe mori de vânt de fermă americane sunt folosite de generații întregi. Unele mori de vânt tradi ționale europene ating venerabila vârstă de 300 de ani.

Potențialul mondial al energiei eoliene

Cea mai mare parte din ferma eoliană de 619 MW San Gorgonio Pass Wind Farm, a patra ca mărime din Statele Unite, la capătul vestic al Coachella Valley, California

Se crede că potențialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum. Acest nivel de exploatare ar necesita 12,7 % din suprafa ța Pământului (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de turbine, presupunând că terenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătă țirea randamentului turbinelor și a soluțiilor tehnice utilizate.

Creșterea ponderii energiei eoliene în lume

Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi, și turbine noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creștere în ultimii ani.[9] În ultimii 10 ani, utilizarea energiei eoliene a consemnat un progres deosebit. Astfel, între 1995 – 2005, rata anuală de creștere a fost de cca 30%, conducând la o putere instalată totală nouă de 32.000 MW, adică dublu decât în domeniul energiei nucleare din aceeași perioadă.

Top țări energie eoliană

Turbine eoliene lângă Copenhaga, Danemarca

China a ajuns lider mondial în ceea ce privește capacitatea instalată în ferme eoliene, devansând Statele Unite, potrivit unui raport al Wind Energy Association (Asociația Energiei Eoliene-nr) și citat de Reuters, la 11 iunie 2011. La această dată China a ajuns la circa 45.000 MW instalați în mori de vânt, după ce în 2010 a adăugat 18.900 MW. În SUA s-au adăugat doar 5.116 MW iar totalul a ajuns la 40.000 MW, de ajuns cât să furnizeze energie pentru 10 milioane de locuințe. În 2009 Statele Unite devansase Germania la produc ția de energie eoliană.[12] În lume cele mai mari producătoare de energie eoliană sunt: China (44.733 MW), Statele Unite (40.180 MW), Germania (27.215 MW), Spania (20.776 MW), India (13.065 MW), Italia (5.797 MW), Franța (5.560 MW), Marea Britanie (5.203 MW), Canada (4.008 MW), Danemarca (3.734 MW).

referat.clopotel.ro

La sfârșitul anului 2010 prețul unei turbine eoliene chinezești nu depășea 600.000 de dolari pe MW, în timp ce turbinele de proveniență occidentală ajungeau la peste 800.000 de dolari pe MW.

Cea mai mare fermă eoliană din lume (2010) este The Roscoe Wind Complex (Statele Unite, Texas), cu o capacitate de 781 MW, capabilă de a oferi electricitate pentru 230 000 gospodării. Ea are 627 turbine, a costat 1 miliard de dolari, construcția ei a început în 2007 și se întinde pe 100 000 acri de teren [14] Prin comparație o uzină de cărbune generează în medie 550 MW.

Energia eoliană în Europa

Windsurfing

Deși încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea țărilor, produc ția energiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 și 2006, ajungându-se ca, în unele țări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).[15] Ponderea energiei eoliene, în totalul consumului intern era, la începutul anului 2011, de 24% în Danemarca, 14% în Spania și Portugalia, circa 10% în Irlanda și Germania și 5,3% la nivelul UE, iar în România de numai 1,6%.

La nivelul Uniunii Europene, capacitatea totală de producție energetică a turbinelor eoliene era la finele anului 2010 de 84.074 MW. Potrivit datelor de la finele anului 2010 Germania are cea mai mare capacitate de producție de energie eoliană din UE, de 27.214 MW, urmată de Spania, cu 20.676 MW, iar apoi, la mare distanță, de Italia (5.797 MW) și Franța (5.660 MW).

În martie 2011, energia eoliană a devenit, pentru prima dată, tehnologia cu cea mai mare produc ție electrică din Spania, potrivit Rețelei Electrice din Spania (REE), cu 21 % din totalul cererii de electricitate din Spania. Pe locurile următore: energia nucleară (19%), energia hidraulică (17,3%), ciclurile combinate (17,2%), termocentralele pe cărbune (12,9%) și energia solară (2,6%). Mulțumită aportului energiei eoliene, s-a evitat importarea de hidrocarburi în valoare de 250 de milioane de euro și emisia de 1,7 milioane de tone de CO2, adică echivalentul plantării a 850.000 de copaci.

În anul 2011, pentru construcția unei capacități de producție energetice eoliene de 1 MW, este necesară o investiție de 1,5 – 1,7 milioane de euro.

În prezent, parcul eolian Whitelee din Scoția este cel mai mare parc eolian terestru din Europa.

Turbine de vânt, Vendsyssel, Danemarca

Energia eoliană în România

referat.clopotel.ro

În sectorul eolian din România au investit CEZ (Cehia), ENEL (Italia), Energias de Portugal (Portugalia) și Iberdrola Renovables (Spania)

CEZ a instalat 115 turbine la Fântânele, 90 dintre ele fiind deja legate la rețeaua națională de energie electrică. Eolienele au cca 100 m înălțime. Turbinele pentru parcul eolian construit de CEZ sunt livrate de către gigantul industrial american General Electric.

Energias de Portugal (Portugalia), al treilea cel mai mare investitor în energie eoliană la nivel mondial, a terminat construcția unui parc eolian de 69 MW la Cernavodă, în mai 2011. Energia poate alimenta 70 000 de gospodării și a costat 200 milioane de dolari. La această dată în Dobrogea sunt construite deja parcuri eoliene care însumează 600MW.

In 2009 erau instalați doar 14 MW. În 2010, în centralele eoliene erau instalați în total 462 MW.[27] România a ajuns, în 2011, la 850 MW instalați în total în eolian (adică o putere mai mare decât cea a unui reactor nuclear de la Cernavodă). Un MW instalat costă 1,6 milioane de euro.

La începutul anului 2012, în Dobrogea există peste 500 de turbine eoliene. Cehii de la CEZ, portughezii de la EDP sau italienii de la Enel au investit în energie eoliană în Dobrogea.

În România, la începutul anului 2012, există peste 1000 de turbine eoliene care produc 3% din totalul de energie. Investițiile în eoliene au creat până acum 1000 de locuri de muncă.

Eolienele din România produc, în medie 150 - 200 de megawați-oră. Costul energie eoliene este de 170 de euro pe megawatt/oră, de aproape trei ori mai mult față de energia produsă de hidrocentrale.

Potrivit hărții energiei "verzi", potențialul României cuprinde 65% biomasă, 17% energie eoliană, 12% energie solară, 4% microhidrocentrale, 1% voltaic + 1% geotermal.[4] În România, cu excepția zonelor montane, unde condițiile meteorologice dificile fac greoaie instalarea și între ținerea agregatelor eoliene, viteze egale sau superioare nivelului de 4 m/s se regăsesc în Podișul Central Moldovenesc și în Dobrogea. Litoralul prezintă și el potențial energetic deoarece în această parte a țării viteza medie anuală a vântului întrece pragul de 4 m/s. În zona litoralului, pe termen scurt și mediu, poten țialul energetic eolian amenajabil este de circa 2.000 MW, cu o cantitate medie de energie electrică de 4.500 GWh/an.

Pe baza evaluării și interpretării datelor înregistrate, în România se pot monta instala ții eoliene cu o capacitate de până la 14.000 MW, ceea ce înseamnă un aport de energie electrică de aproape 23 000 GWh/an. Potrivit unui studiu al Erste Group, potențialul eolian al țării, estimat la 14.000 de MW, este cel mai mare din sud-estul Europei și al doilea din Europa.

Transelectrica a avertizat că în sistemul național pot fi preluate turbine eoliene de maximum 4.000 de MW, în contextul în care a primit cereri de racord la rețea pentru proiecte de peste 30.000 de MW, din care 8.000 de MW au deja contracte semnate.

referat.clopotel.ro

Comparații cu alte resurse energetice

Avantaje

În contextul actual, caracterizat de creșterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependen ței de acești combustibili.

Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluție foarte bună la problema energetică globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformulează și modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicațiilor la scară redusă.

Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanțe poluante și gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.

Nu se produc deșeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici unui fel de de șeuri.

Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în centralele eoliene moderne a scăzut substanțial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare externalită țile negative inerente utilizării combustibililor clasici.

În 2004 prețul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime față de cel din anii 1980, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora deoarece se pun în funcțiuni tot mai multe unită ți eoliene cu putere instalată de mai mulți megawați.

Costuri reduse de scoatere din funcțiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcțiune pot fi de câteva ori mai mari decât costurile centralei., în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcțiune, la capătul perioadei normale de func ționare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

Dezavantaje

Principalele dezavantaje sunt: resursa energetică relativ limitată, inconstan ța datorată varia ției vitezei vântului și numărului redus de amplasamente posibile. Puține locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului. La început, un important dezavantaj al producției de energie eoliană a fost prețul destul de mare de producere a energiei și fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii 25 de ani, eficacitatea energetică s-a dublat, costul unui kWh produs scăzând de la 0,70 euro la circa 0,32 euro în prezent. Un alt dezavantaj este și "poluarea vizuală" - adică faptul că au

referat.clopotel.ro

o apariție neplăcută - iar altul ar fi faptul că produc "poluare sonoră" (sunt prea gălăgioase). De asemenea, se afirmă că turbinele afectează mediul și ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări și necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor. La ora actuala, aceste probleme au fost remediate sau mult reduse prin progresul tehnologic sau prin mai buna pozitionare a centralelor. Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt au o apariție atractivă stilizată, că mașinile omoară mai multe păsări pe an decât turbinele și că alte surse de energie, precum cărbunele, sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu, deoarece creează poluare și duc la efectul de seră. De asemenea, există un risc mare de distrugere în cazul furtunilor

referat.clopotel.ro