Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

CUPRINS 1. Stadiul actual în dezvoltarea turbinelor eoliene şi identificarea ob

CUPRINS 1. Stadiul actual în dezvoltarea turbinelor eoliene şi identificarea obiectivelor tezei referitoare la turbinele eoliene de mică putere................................................... 4 1.1.Energia eoliană.................................................................................................... 4 1.1.1.Clasificarea vânturilor................................................................................ 4 1.1.2. Caracteristicile vântului............................................................................ 7 1.1.3. Instrumente de măsură.............................................................................. 10 1.1.4. Varaţia vitezei vântului în Europa şi în România..................................... 13 1.2. Sisteme de conversie a energiei eoliene............................................................. 22 1.2.1. Istoria turbinelor eoliene........................................................................... 23 1.2.2. Mărimi caracteristice ale vitezei vântului................................................. 27 1.2.3. Clasificarea sistemelor de conversie a energiei eoliene............................ 29 1.3. Turbine eoliene de mică putere.......................................................................... 37 1.3.1. Turbine eoliene de mică putere cu ax vertical.......................................... 38 1.3.2. Turbine eoliene de mică putere cu ax orizontal........................................ 42 1.4. Concluzii asupra stadiului actual........................................................................ 58 1.5. Obiectivele tezei................................................................................................. 59 2.1. Conceptul general al rotorului turbinei eoliene.................................................. 60 2.2.Conceptul palelor................................................................................................. 66 2.2.1. Materialele din care sunt realizate profilele de pală.................................. 66 2.2.2. Definirea profilelor de pală propuse......................................................... 69 2.3. Optimizarea conceptuală a obadei turbinei eoliene........................................... 74 3. Model de calcul pentru încărcarea palelor turbinei eoliene si verificarea rezistenţei palelor........................................................................................................... 79 3.1. Modelarea încărcării unei pale........................................................................... 79 3.2. Analiza deformaţiilor şi tensiunilor din palele rotorului prin MEF................... 85 4.1. Structura standului.............................................................................................. 92 4.2. Programul de testări............................................................................................ 98 4.3. Concluzii şi contribuţii originale........................................................................ 102 5.1. Prelucrarea şi optimizarea rezultatelor............................................................... 103 5.2. Concluzii şi contribuţii originale........................................................................ 112 2 6. Conceperea şi realizarea unui kit eolian didactic ca instalaţie amovibilă de laborator......................................................................................................................... 114 6.1. Structura kitului eolian didactic.......................................................................... 114 6.2. Comparaţia rezultatelor între standul de testări şi kitul eolian didactic............. 116 6.3. Lucrare de laborator, privind conversia energiei eoliene în energie electrică, bazată pe kitul eolian propus..................................................................................... 128 6.4. Concluzii şi contribuţii originale........................................................................ 134 7. Concluzii finale, contribuţii şi diseminarea rezultatelor....................................... 136 Bibliografie..................................................................................................................... 143 INTRODUCERE În contextul noii ere energetice şi a noilor tehnologii, care au cunoscut o tot mai mare dezvoltare, a crescut interesul pentru reducerea, prin intermediul surselor de energii regenerabile, a consumului de combustibili fosili şi implicit a poluării. O direcţie reprezentativă în cadrul domeniului utilizării surselor de energie regenerabilă se referă la conversia energiei eoliene în energie electrică, bazată pe utilizarea de turbine eoliene; dezvoltarea acestor sisteme de conversie a condus la identificarea de noi soluţii inovative caracterizate prin eficienţă ridicată, costuri reduse, fiabilitate şi adaptabilitate la condiţiile de implementare. Lucrarea elaborată are ca principal obiectiv conceperea, realizarea şi optimizarea unui rotor de turbină eoliană de mică putere care să pornească la viteze reduse ale vântului (sub 3 m/s), specific zonelor de implementare cu potenţial eolian redus, caracterizat prin tehnologie simplă, preţ de cost scăzut şi o întreţinere uşoară. * * 3 1. Stadiul actual în dezvoltarea turbinelor eoliene În acest capitol se prezintă stadiul actual privind dezvoltarea turbinelor eoliene destinate producerii de electricitate şi, în funcţie de limitele identificate, se stabilesc obiectivele tezei. 1.1. Energia eoliană O sursă importantă de energie, folosită încă din antichitate, este energia eoliană generată prin încălzirea inegală a straturilor de aer (fig. 1.1) Fig. 1.1. Schema distribuţiei radiaţiei solare în atmosferă, prelucrare Masa de aer rece cu presiune ridicată se îndreaptă spre zonele mai încălzite unde presiunea este mai redusă .Mişcările aerului pot fi: orizontale, verticale şi înclinate; mişcarea orizontală şi aproximativ orizontală (a aerului) este numită vânt, iarmişcările pe verticală şi înclinate ale aerului se numesc curenţi. 1.1.4. Variaţia vitezei vântului în Europa şi în România O hartă a energiei vântului în Europa a fost dată de Department of Civil and Environmental Engineering, Stanford University, California, USA, în anul 2000, conform căreia, cel mai mare potenţial eolian din Europa se află în zona nordică a Franţei, Belgiei, Germaniei, Spaniei, Olandei, Marii Britanie şi a Danemarcei. Ţara noastră, situată într-o zonă de interferenţă a maselor de aer cu contraste termobarice ridicate, dispune în ansamblu de un potenţial energetic eolian bun. Configuraţia reliefului, care compartimentează teritoriul ţării, imprimă modificări evidente ale vitezei vântului de la o regiune la alta, determinând o repartiţie neuniformă a sa. O hartă a potenţialului eolian a fost publicată de ICEMENERG în anul 2007 (fig. 1.2), din c muntoase înalte viteza medie a vântului este de peste 8,5 m/s; în zona Mării Negre cât şi a Litoralului viteza medie a vântului este de peste 7-8 m/s. Fig. 1.2. Viteza vântului în România Pentru a se putea indentifica tipul de sistem performant, capabil să funcţioneze la viteze reduse ale vântului s-a determinat media numărului de ore/lună cu vânt pentru zona Braşov, pe perioada anilor 2006, 2007, 2008 şi 2009. În funcţie de aceste valori s-a calculat numărul de ore/an cu vânt 0-2 m/s, 2-3 m/s, 3-4 m/s. În fig. 1.26 sunt reprezentate mediile şi procentul orelor anuale cu vânt, specific zonei Colinei Universităţii. În concluzie, în zona analizată putem spune că, de regulă viteza vântului este sub 2 m/s (81- 83% din timp), în timp ce viteze superioare la 2 m/s sunt în procente foarte mici (16-18%). Ca urmare, folosirea de centrale eoliene în astfel de zone devine eficientă dacă ele încep să funcţioneze la capacitate proiectată încă de la aceste viteze mici ale vântului. Fig. 1.3. Mediile procentuale ale orelor anuale cu vânt pe perioada 2006-2009 1.2. Sisteme de conversie a energiei eoliene În fig. 1.4 se prezintă schema privind conversia energiei eoliene în energie mecanică şi electrică, cu evidenţierea unor aplicaţii reprezentative. Energia eoliană s-a folosit de mii de ani; la început energia mecanică preluată de la vânt era folosită de vasele de navigaţie, pentru pomparea apei, pentru irigaţii şi de morile de vânt pentru măcinarea grânelor. Mai târziu această energie mecanică s-a transformat în energie electrică cu ajutorul turbinelor eoliene (morile de vânt moderne) care puteau fi legate la reţeaua de curent electric. Energia eoliană Energia mecanică Energia electrică Fig. 1.4. Schema conversiei energiei 1.2.3. Clasificarea sistemelor de conversie a energiei eoliene Mori de vânt Irigaţii Vase pentru navigaţie Turbine eoliene (Generator eolian, Aerogenerator, Convertor eolian) Independente de reţeaua electrică Legate la reţeaua electrică Sistemele care realizează conversia energiei eoliană în energie electrică sunt turbinele eoliene. Elese clasifică în funcţie de poziţia axului, astfel: 1) Turbine eoliene cu ax orizontal, au axul rotorului aşezat pe orizontală. În prezent sunt cele mai variate din punct de vedere constructiv şi cele mai răspândite. Acestea pot avea de la 1 până la 18 pale, cele cu una, două şi trei pale sunt – turbine rapide şi cu pale multiple, (mai mult de 3 pale) sunt – turbine lente (fig. 1.29) [BOE2004], [ILN1984], [GAT2002], [SAH2006], [HAN2008]. Fig. 1.5. Clasificarea turbinelor eoliene cu ax orizontal, a – o pală, b – două pale, c – trei pale d –cu pale multiple 2) Turbine eoliene cu ax vertical, au axul rotorului aşezat pe verticală. Cele mai răspândite sunt turbinele Darrieus, Savonius, Musgrove, Evence – cu două sau trei pale subţiri aerodinamice încastrate de un ax vertical, şi Savonius – cu două pale cu profil aerodinamic fixate de axul vertical. Avantajul lor este în principal acela că rotorul acestora nu trebuie orientat după vânt (fig. 1.5). Dezavantajul lor este că nu pot fi amplasate pe stâlpi la înălţime, ca urmare beneficiază de vântul de la nivelul solului până la 50m înălţime. Fig. 1.6. Clasificarea turbinelor eoliene cu ax vertical, a – Darrieus, b – Savonius, c – Evence, d - Musgrove Turbinele eoliene se clasifică după puterea electrică furnizată, astfel: • Turbine de putere mică (sub 100kW) utilizate în general pentru uz casnic, agricol, etc.; • Turbine de putere medie şi mare (peste 100kW) utilizate pentru furnizarea energiei electrice în reţea 1.3. Turbine eoliene de mică putere Turbinele eoliene de mică putere au fost şi sunt folosite pentru necesităţile energetice proprii ale consumatorilor. Datorită costului redus şi al modului de întreţinere uşor, comercializarea lor se extinde din ce în ce mai mult, fiind utilizate pentru alimentarea cu energie electrică a utilizatorilor izolaţi, care nu sunt conectaţi la reţeaua de energie electrică sau pentru funcţionalităţi diverse în mediul construit. O turbină eoliană de mică putere se defineşte ca un sistem de conversie al energiei mecanice, preluată de la vânt, în energie electrică, cu putere de până la 100 de kW 1.3.2. Turbine eoliene de mică putere cu ax orizontal Turbinele eoliene cu ax orizontal există într-o varietate largă de soluţii constructive şi sunt caracterizate printr-un coeficient de putere apropiat de limita lui Betz (0,593). Aceste turbine au fost printre primele soluţii utilizate pentru satisfacerea nevoilor personale şi ale comunităţii. Astăzi sunt utilizate din ce în ce mai mult, datorită eficienţei mărite a conversiei energiei electrice în comparaţie cu turbinele eoliene de mică putere cu ax vertical. Axul principal al rotorului turbinelor de acest tip este poziţionat pe orizontală, astfel încât palele rotorului să fie perpendiculare pe acesta. Turbina eoliană este orintată în amonte, adică cu vânt ascendent, din faţa turbinei, palele sunt rigide, iar rotorul este orientat pe direcţia vântului. Părţile componente ale acestor turbine sunt prezentate în figura 1.6. În tabelul 1.1. sunt prezentate în detaliu parţile componente Fig. 1.7. Părţile componente ale turbinelor eoliene de mică putere cu ax orizontal Tabel 1.1 Nr. crt Părţi componente Descriere 1 Rotor Rotorul este format din arborele principal şi pale. Palele sunt în general în număr de trei, sunt realizate din compozite armate cu fibră de sticlă, uploads/Litterature/ lucrare-de-licenta.pdf