Energia eoliana este o forma de energie oferita in mod gratuit de natura, utilizata inca din cele mai vechi timpuri in diverse forme - cele mai cunoscute fiind morile de vant utilizate pentru macinarea granelor sau pentru pomparea apei.
Modele tehnologice de angrenaje pentru transmisia puterii obtinute din forta vantului au fost dezvoltate cu secole in urma de catre proiectantii de mori de vant = simplii mesteri constructori - sistemele rezultate in urma muncii lor creative fiind si unele dintre primele modele de sisteme automate de control.
In prezent, modelele tehnologice noi prezinta imbunatatiri extraordinare in ceea ce priveste eficienta, astfel incat sunt utilizate in prezent pe scara larga pentru generarea de energie electrica. Cu toate acestea, este evidenta totusi dependenta acestor tipuri de surse de energie de conditiile si de variatiile vremii - ale vantului.
In acest context, exista o serie de conditionari specifice - directia vantului, dar mai ales intensitatea acestuia - intermitenta si imprevizibila - influenteaza in mod radical eficienta sistemelor eoliene. In functie si de modelul sistemului, o intensitate prea mica a vantului nu va reusi sa depaseasca pierderile mecanice specifice, dupa cum o intensitate prea mare duce la deteriorarea sau la distrugerea in totalitate a sistemului eolian. Nu in ultimul rand, variatiile intensitatii vanturilor - rafalele de vant, ridica si ele probleme mari sistemelor eoliene intrucat solicita diverse componente mecanice din constructia sistemelor eoliene - mecanismele cu rol in regularizarea turatiei fiind foarte solicitate pe termen lung, rezultand uzura prematura a acestora.
Caracteristicile generale ale vantului
Viteza vantului:
Forta si puterea vantului sunt elemente relativ dificil de cuantificat. Pentru a standardiza acesti parametrii - si pentru a putea fi intelese in mod unitar - s-au pus la punct diferite scale si descrieri pentru a putea caracteriza viteza vantului. Dintre cele mai comune si uzitate in prezent este Scara Beaufort
Pe scara Beaufort, cel mai scazut punct - zero, corespunde celor mai calme conditii, cand si viteza vantului este zero. Este simplu de inteles, pentru ca o putem stabili atunci cand fumul se ridica drept, vertical.
De asemenea, punctul cu cea mai mare intensitate - forta 12 a fost stabilit atunci cand viteza vantului este mai mare decat 34 m/s (peste 122.4 Km/h) - echivalentul ciclonilor tropicali, cand mediul este devastat complet.
Ca si o referinta medie, la forta 7 pe scara Beaufort, echivalent unei viteze a vantului cuprinsa intre 1-17 m/s (pana la 61 Km/h) se poate vorbi despre conditii de vant "puternic" - copacii sunt puternic pusi in miscare.
Turbinele eoliene mici functioneaza intre forta 3 - 7 Beaufort - capacitatea nominala fiind definita la o intensitate 6 pe scara Beaufort = ce corespunde la 12m/s (43 Km/h).
Pentru vanturi cu intensitatea de peste 7, turbinele eoliene mici trebuiesc, de regula oprite, pentru a fi protejate de deteriorari.
Turbinele eoliene mari - care de regula furnizeaza energia direct in reteaua de distributie, sunt proiectate si realizate sa functioneze cu viteze ale vantului de pana la 25 m/s (90 Km/h) - echivalentul fortei 9 Beaufort si chiar si pana la 27 m/s - echivalentul fortei 10 pe scara Beaufort.
In general, sub intensitatea 3 pe scara Beaufort, nici o turbina eoliana nu va genera o putere electrica semnificativa.
Consistenta vantului:
Energia eoliana - in zonele sau in conditiile in care miscarea maselor de aer este semnificativa - are avantajul ca este disponibil in mod normal 24 de ore pe zi - spre deosebire de energia solara care este disponibila numai in timpul zilei, conditionata de soare.
Pe de alta parte insa, in cea mai mare parte, disponibilitatea energiei eoliene este cu mult mai putin predictibila / previzibila fata de energia solara - stim totusi ca soarele rasare in fiecare zi!
In practica, exista insa sisteme si modele statistice care, pe baza datelor colectate pe parcursul a multi ani, ne permit sa emitem unele estimari ale capacitatilor si conditiilor de manifestare - legate in principal de frecventa vantului la diverse viteze.
Distributia vitezei vantului:
Calcularea potentialului energetic oferit de vant trebuie realizata cu mare grija si cu profesionalism - este destul de usor ca potentialul sa fie supraestimat. Astfel, este gresit sa iei in calcul o medie a vantului pe perioada unui an, si sa se foloseasca aceste valori pentru a calcula energia disponibila de la vant = viteza acestuia se schimba in mod constant. Estimarea este astfel un calcul de probabilitate a fiecarei viteze a vantului, de la care se porneste si se calculeaza cantitatea corespunzatoare de energie pe care o poate furniza.
Note:
Viteza "modala" este viteza cu care bate cel mai frecvent vantul - si este, de regula, mai mica decat viteza medie a vantului, si reprezinta valoarea cea mai adesea utilizata pentru a defini conditiile tipice ale vantului.
Viteza medie a vantului este utila in mod practic doar pentru zonele deschise, in general pentru zonele rurale. In mediile urbane, viteza vantului peste nivelul acoperisurilor cladirilor este considerabil mai mica, si cel mai adesea si inutila din punctul de vedere al functionalitatii sistemelor eoliene, datorita turbulentelor curentilor de aer si a fenomenelor de ecranare - cladiri, copaci. O turbina eoliana amplasata sub nivelul unei cladiri sau la o inaltime similara cu cladirea din gradina unei case este putin probabil sa poata furniza energia mentionata in specificatiile tehnice.
Distributia vantului nu reprezinta si capacitatea energetica a vantului - energia fiind proportionala cu viteza vantului la puterea a treia.
O distributie a vantului conform imaginii precedente este valabila numai pentru viteza vantului la o anumita inaltime - viteza vantului creste cu inaltimea, pana la un anumit plafon dupa care se devine relativ constanta (in raport cu inaltimea). Este motivul pentru care turbinele eoliene performante, de mare putere, se construiesc pe piloni la inaltime mare deasupra solului. Se utilizeaza, in mod frecvent, o formula empirica de evaluare a vitezei vantului in raport cu inaltimea de la sol, formula care tine cont si de obstacolele existente la nivelul solului - cladiri, copaci etc.
Distributia energiei eoliene:
In imaginea urmatoare se prezinta distributia continutului / disponibilului de energie eoliana suprapusa distributiei vitezei vantului care determina aceasta energie eoliana. Din pacate, nu toata energia eoliana poate fi captata si valorificata (convertita) de turbinele eoliene conventionale.
Note:
Energia vantului la punctul de varf se produce la viteze ale vantului mult peste viteza modala si viteza medie a vantului - energia fiind proportionala cu viteza vantului la cub.
La viteze mici ale vantului, energia disponibila este foarte mica. Aici trebuie sa ne gandim ca este necesar sa depasim si barierele inerente impuse de aplicatia in sine - problemele mecanice (frecari etc) si nu numai. Generarea de energie nu se reduce, in mod practic nici la viteze de 3 - 5 m/s, dar nivelul de energie produs / obtinut nu este deloc eficient economic.
Vitezele mari ale vantului determina functionarea turbinelor la parametrii maximi - rezulta viteze mari de rotatie ale turbinelor, tensiuni in stalpii de sustinere si palele turbinei = cresc riscurile deteriorarii sau ale distrugerii. Pentru a evita astfel de probleme, la viteze de peste 25 m/s, turbinele eoliene de mare putere sunt concepute cu sisteme de protectie mecanica ce dermina reducerea incidentei vantului = fie prin mecanisme de franare, fie prin mecanisme ce modifica incidenta palelor turbinei eoliene - acestea reducand suprafata de incidenta fata de vantul de mare viteza (protejand astfel turbina).
De asemenea, datorita limitarilor generatoarelor electrice utilizate - a limitei superioare de viteza la care turbina poate fi utilizata, din energia eoliana disponibila se poate capta si converti in energie electrica doar jumatate sau mai putin de jumatate.
Este imporant si interesant de cunoscut si faptul ca pentru anumite viteze ale vantului, energia depinde si de situarea turbinei in raport cu inaltimea raportata la nivelul marii - in fapt de densitatea aerului. Acest aspect devine important pentru ca la inaltime mare densitatea aerului scade, iar nivelul de energie eoliana este dependenta / proportionala si cu densitatea aerului - ca in imaginea urmatoare:
Note:
Considerand aceeasi viteza a vantului, densitatea aerului scade cu cresterea altitudinii = deci energia eoliana disponibila se reduce cu cresterea altitudinii. In acelasi timp insa, viteza vantului creste cu inaltimea de la nivelul solului, iar energia este proportionala cu viteza vantului la puterea a treia = un efect este ca totusi energia tinde sa creasca cu inaltimea.
Am mentionat faptul ca, cu cresterea altitudinii densitatea aerului scade ceea ce determina reducerea energiei eoliene. Pe de alta parte insa, energia solara creste cu altitudinea = absorbtia radiatiei solare la nivelul atmosferii este mai scazuta (Vezi si: Energia solara).
Consideratii legate de locatie / geografice:
In general, locatiile din zonele invecinate marilor si oceanelor sau coamele dealurilor expuse prezinta cele mai favorabile conditii de vant - cu viteze ale vantului mai mari de 5 m/s.
In conditiile in care vantul prezinta turbulente, cantitatea de energie ce poate fi extrasa din vant se reduce - se reduce eficienta generala a turbinei = aspect intalnit mai ales pe uscat si mai rar pe mare.
Prin amplasarea turbinelor eoliene pe stalpi cu inaltime cat mai mare se urmareste ridicarea turbinei in afara zonelor de turbulente, la inaltimi la care vantul are o eficienta a energiei eoliene cat mai buna.
Sisteme eoliene energetice uzuale:
Dupa modelul de amplasare a axului turbinei eoliene, sistemele energetice eoliene se impart in doua mari categorii:
- Turbine eoliene cu ax orizontal;
- Turbine eoliene cu ax vertical;
O prezentare generica a sistemelor eoliene - casnice sau industriale, cu ax orizontal sau cu ax vertical, va fi publicata in cel mai scurt timp.
Comentarii
Trimiteți un comentariu