REFERAT de CERCETARE DOCUMENTARE

Energia eoliana si mediul inconjurator

CUPRINS

Generalitati    .

Potentialul energetic eolian.

Zonarea resurselor de vant. Harta eoliana a Romaniei.

Centrale eoliene.

4.1) Racordarea la retea.

4.2) Prezentarea unui sistem eolian.

5)Impactul instalatiilor eoliene asupra mediului.

1.Generalitati

Repartitia inegala a radiatiei solare pe suprafata globului ca urmare a miscarii de rotatie,a schimbarii axei de inclinare , a unghiului de incidenta variabil , a nebulozitatii aleatorii , a reliefului si a capacitatii diferite de conversie si preluare a energiei solare de catre solul arid , solul vegetal si respective de catre mari si oceane , determina o incalzire neuniforma a diferitelor zone terestre, ceea ce atrage dupa sine o neuniformitate a presiunii atmosferice si ca urmare o deplasare a aerului intre aceste zone de potential baric diferit.Conform Dictionarului Enciclopedic Roman , miscarea orizontala (sau aproape orizontala) a maselor de aer se numeste vant.Viteza de deplasare a aerului (viteza vantaului) se masoara in m/s.Se utilizeaza deasemenea , notiunea de intensitate a vantului exprimata in grade pe scara Beaufort.Viteza vantului depinde de gradientul baric . Dupa natura miscarii maselor de aer , vanturile pot fi laminare ,caracteristice zonelor neaccidentate , turbulente cu directii si viteze variabile si in rafale .Se utilizeaza de asemenea , clasificarea vanturilor in: vanturi normale , fara directie preferentiala de bataie si vanturi dominante cu o anumita directie (ex: crivatul, austral etc.) , vanturi regulate (ex: brizele) sau neregulate(ex: fohnul , vant cald si uscat present si in tara noastra sub denumirea de Vantul Mare care bate dinspre muntii Fagaras spre tara Oltului , primavara grabind topirea zapezilor).

Pentru ca vantul este o sursa de energie curata si interminabila, turbinele de vant sunt instalate in tarile dezvoltate si acolo unde intensitatea vantului permite puterii eoliane sa poata fi exploatata, pentru a suplini sursele traditionale de energie electrica, precum caldura degajata de arderea carbunilor.

Energia eoliana e o sursa de putere electrica promitatoare in viitor datorita ecologitatii si infinitatii sale. Totusi, pentru ca viteza vantului variaza in timpul zilei, sezonului sau anilor energia generata de vant e o resursa intermitenta. In zonele de pe glob cu actiune puternica a vantului turbinele actioneaza in jur de 60% din timpul anului. Chiar si asa vantul poate fi insuficient pentru ca turbinele sa functioneze la capacitate maxima.

Cu toate acestea tehnologia a reusit sa-si adapteze creatiile imbunatatindu-le si producand si alte ce folosesc acest tip de energie.

2.Potentialul energetic eolian

In strategia de valorificare a surselor regenerabile de energie, potentialul eolian declarat este de 14.000 MW (putere instalata), care poate furniza o cantitate de energie de aproximativ 23.000 GWh/an. Aceste valori reprezinta o estimare a potentialului teoretic, si trebuie nuantate in functie de posibilitatile de exploatare tehnica si economica.

Pornind de la potentialul eolian teoretic, ceea ce intereseaza insa prognozele de dezvoltare energetica este potentialul de valorificare practica in aplicatii eoliene, potential care este mult mai mic decat cel teoretic, depinzand de posibilitatile de folosire a terenului si de conditiile pe piata energiei.

De aceea potentialul eolian valorificabil economic poate fi apreciat numai pe termen mediu, pe baza datelor tehnologice si economice cunoscute astazi si considerate si ele valabile pe termen mediu.

S-a ales calea de evaluare a potentialului valorificabil al tarii noastre cea macroeconomica, de tip top-down, pornind de la urmatoarele premise macroeconomice:

- conditiile de potential eolian tehnic (viteza vantului) in Romania care sunt apropiate de media conditiilor eoliene in ansamblul teritoriului Europei;

- politica energetica si piata energiei in Romania vor fi integrate in politica europeana si piata europeana a energiei

si in concluzie indicatorii de corelare macroeconomica a potentialul eolian valorificabil pe termen mediu si lung (2030-2050) trebuie sa fie apropiati de indicatorii medii europeni.

Datele de potential tehnic si economic eolian sunt urmatoarele:

De asemenea in strategie se propune instalarea a 120 MW pana in anul 2010 si a inca 280 MW pana in anul 2015.

Conform acestei evolutii, energia electrica produsa din surse eoliene ar asigura cca 1 % din consumul brut de energie electrica in anul 2010. Raportat la cantitatea de energie prevazuta din surse regenerabile fara hidro de mare putere, energia eoliana ar asigura12 % din aceasta cantitate.

Reanalizand datele din strategie, consideram ca exista rezerve suficiente pentru o dezvoltare si mai importanta a aplicatiilor eoliene decat cea prevazuta.

Fata de un potential tehnic amenajabil de 3600 MW (8000 GWh/an), cotele tinta pentru aplicatiile eoliene, pot fi pana in 2015 de 200 MW in 2010 si de 600 MW in 2015.

O capacitate instalata de 100 MW presupune o investitie de circa 100 milioane euro. Desi pare o cifra mare, este de retinut faptul ca investitia s-ar amortiza in aproximativ 7 ani, termen extrem de rezonabil pentru o investitie energetica.

3. Zonarea resurselor de vant. Harta eoliana a Romaniei

S-a considerat necesara si oportuna abordarea unor activitati de reevaluare a potentialului eolian al Romaniei, prin utilizarea unor mijloace si instrumente adecvate (aparatura de masura, softuri adecvate etc.) pornind de la datele de vant masurate la 22 statii apartinand ANM..

La statiile meteorologice masurarea celor doi parametri ai vantului, directia si viteza, se efectueaza, conform recomandarilor OMM (Organizatia Meteorologica Mondiala), la inaltimea de 10 m deasupra solului.

Din pacate,recomandarile UE in domeniu, precum si practica actuala , a dovedit insa ca viteza de la care este rentabila eploatarea vantului ca resursa energetica trebuie sa se refere la viteza vantului de la inaltimea rotorului turbinelor centralelor eoliene, situat in prezent de obicei la inaltimi mari (50, 70, 80, 90 m deasupra solului).

Ca urmare, a fost elaborata Harta eoliana a Romaniei care cuprinde vitezele medii anuale calculate la inaltimea de 50 m deasupra solului (vezi Fig.3.2).

Distributia pe teritoriul Romaniei a vitezei medii a vintului scoate in evidenta ca principala zona cu potential energetic eolian aceea a varfurilor montane unde viteza vantului poate depasi 8 m/s.

A doua zona cu potential eolian ce poate fi utilizat in mod rentabil o constituie Litoralul Marii Negre, Delta Dunarii si nordul Dobrogei unde viteza medie anuala a vantului se situeaza in jurul a 6 m/s. Fata de alte zone exploatarea energetica a potentialui eolian din aceasta zona este favorizata si de turbulenta mai mica a vantului.

Cea de a treia zona cu potential considerabil o constituie Podisul Barladului unde viteza medie a vantului este de circa 4-5 m/s. Viteze fa vorabile ale vantului mai sunt semnalate si in alte areale mai restranse din vestul tarii, in Banat si pe pantele occidentale ale Dealurilor Vestice

Distributia vitezei medii anuale a vantului pentru inaltimea de 50 m:

4.Centrale eoliene

Astfel de sisteme injecteaza energia produsa de turbinele de vant (grupate in mari ferme eoliene) in reteaua de distributie din zona.

Asa cum apare in figura de mai jos centrala este racordata la reteaua publica de 20- 110-220 kV si este preluata in sistemul energetic national.

Managementul energiei livrate este realizat de un bloc de comanda si control careechipeaza centrala eoliana.

Tipuri principale de solutii constructive pentru turbine eoliene

Aproape toate instalatiile eoline pentru producerea energiei electrice instalate pana in ultimul deceniu s-au bazat pe unul dintre cele trei tipuri principale :

a) Turatie fixa cu generatorul electric asincron, cu rotorul acestuia in scurt-circuit, cuplat direct la reteaua de forta;

b) Turatie variabila cu generator electric asincron cu dubla excitatie;

c) Turatie variabila bazata pe generator sincron cuplat direct la rotorul eolian.

In afara acestor tipuri principale , o serie de fabricanti au dezvoltat alte tehnologii in timp (vezi Tabelulde mai jos).

Turbine eoliene ( tipuri constructive si gama de putere)

Tipuri principale de solutii constructive pentru turbine eoliene

Aproape toate instalatiile eoline pentru producerea energiei electrice instalate pana in ultimul deceniu s-au bazat pe unul dintre cele trei tipuri principale :

a) Turatie fixa cu generatorul electric asincron, cu rotorul acestuia in scurt-circuit, cuplat direct la reteaua de forta;

b) Turatie variabila cu generator electric asincron cu dubla excitatie;

c) Turatie variabila bazata pe generator sincron cuplat direct la rotorul eolian.

In afara acestor tipuri principale , o serie de fabricanti au dezvoltat alte tehnologii in timp (vezi Tabelulde mai jos).

Turbine eoliene ( tipuri constructive si gama de putere)

CT/CS = Turatie fixa, limitare de turatie clasica (stall)

CT/AS = Turatie fixa, limitare de turatie activa (unghiul palei variabil -negativ, de 3-5 grade)

VTDI = Turatie variabila, unghiul palei variabil -pozitiv, inductie cu dubla excitatie la generator.

VTDD = Turatie variabila, generator sincron cuplat direct la rotorul eolian combinat cu pas reglabil (Enercon + Lagerwey + 1.5 MW Jeumont) combinat cuvariatie clasica de turatie (Jeumont J48-750 kW);

VTSGP = Turatie variabila, /pas variabil, + generator sincron fara perii;

VT/AGP = Turatie variabila, / pas variabil, + generator asincron (100% curent prin convertor).

CT/AGP = combinatie neuzuala de turatie fixa/pas reglabil, cu conectare directa la generator asincron.

De asemenea, s-au conturat doua solutii tehnologice:

• Turbine cu pas variabil echipate cu generatoare electrice asincrone;
• Turbine eoliene care functioneaza cu generator electric sincron cuplat direct pe rotorul eolian.

In cazul celui de al doilea tip de turbina eoliana, arborele este sustinut de cate un lagar in fiecare parte a generatorului.Aceasta solutie constructiva, asigura o mare fiabilitate si se distinge prin costuri de intretinere mult reduse.

In prezent, aceasta solutie constructiva se aplica la instalatii eoliene, cu puteri nominale incepand de la 300 kW si ajungand pana la puteri de 4 MW, ceace face conceptual agregatele cu generatoare cuplate direct cu turbina de vant, sa .se afirme tot mai mult.

4.1.Racordarea la retea

In figura de mai jos se prezinta, spre exemplificare, o schema de racordare la retea a unei turbine eoliene de 300 kW.

Conform acestei schemei de turbina WT se leaga direct prin intrerupator la un transformator (0 /20 kV), iar conectarea la eventualii consumatori in 0,4 kV din zona se face in derivatie din racordul la generatorul electric al turbinei.

Transformatorul de conectare la reteaua de MT (de 20kV) se amplasesza in zona turbinei sau in apropriere de retea.

Pentru imbunatatirea factorului de calitate se utilizeaza baterii de condensatoare.

4.2.Prezentarea unui sistem eolian, EOS 5000, instalat intr-o localitate din apropierea Bucurestiului

5.Impcatul instalatiilor eoliene asupra mediului

5.1. Incadrarea in peisaj

Notam in primul rand ca intr-un parc eolian, mai ales daca este situat in teren plat, din considerente de valorificare maximala a energiei eoliene, distanta medie dintre doua turbine eoliene este de 6-10 diametre rotorice, ceea ce pentru turbine mari inseamna de la cateva sute de metri la peste un kilometru. Rezulta ca turbinele de mari dimensiuni vor fi plasate la fel de rar ca stalpii liniilor de inalta tensiune, care apar aproape oriunde in peisajul din jurul nostru, dar cu care ne-am obisnuit si pe care nu le mai consideram cu un impact negativ asupra peisajului.

Turatia rotoarelor turbinelor mari este foarte lenta - in jur de 10 rotatii/minut, deci nu provoaca si nici nu induce nici un fel de senzatie negativa.

Vizual turbinele au design elaborat, atragator si sunt vopsite in culori pastelate sau alb (cel mai frecvent). Cel putin la inceputul promovarii parcurilor eoliene industriale in Romania, apreciem ca acestea vor constitui o atractie turistica semnificativa, iar vizitarea parcului cu urcarea in nacela unei turbine poate deveni un punct important de atractie.
Ocuparea terenului este minima in arealul amenajat (circa 0 % din total) - ca si in cazul liniilor electrice - putandu-se utiliza in continuare terenul pentru agricultura sau pasunat.

5.2. Eolienele ca sursa de zgomot si vibratii

Ca orice echipament industrial si turbinele eoliene produc in functionare zgomote, datorita sistemelor mecanice in functionare, a despicarii aerului de palele in rotire sau a trecerii palelor prin dreptul stalpului de sustinere, cand se produce o comprimare a aerului.

Pentru a nu avea un impact negativ in special in zonele dens populate, sursele de zgomot sunt foarte riguros controlate de fabricantii de turbine si se iau masuri tehnologice speciale pentru fiecare sursa. Asa se face ca in urma unor masuratori in natura, fabricantii dau garantii ferme asupra limitei superioare a zgomotelor produse de turbina respectiva.
Putem afirma insa ca turbinele de vant moderne nu sunt zgomotoase, majoritatea fabricantilor garantand ca la nivelul rotorului turbinei zgomotul (presiunea sunetului) nu depaseste 100 dB (A), echivalent cu un zgomotul din orice industrie prelucratoare.

In cazul in care vantul bate in directia unui receptor, nivelul presiunii sunetului la o distanta de 40 m de o turbina tipica este de 50-60 dB(A), ceea ce echivaleaza cu nivelul unei conversatii umane obisnuite. La 150 m zgomotul scade la 45 dB(A), echivalent cu zgomotul normal dintr-o locuinta, iar la distanta de peste 300 m zgomotul functionarii unor turbine se confunda cu zgomotul produs de vantul respectiv. Daca vantul bate din directie contrara, nivelul zgomotului receptionat scade cu circa 10 dB(A).

Conform specificului fiecarui amplasament in parte, pentru ca nivelul de zgomot sa fie cel acceptat, trebuie avuta in vedere pastrarea unei distante suficiente fata de asezarile umane, diverse anexe gospodaresti, institutii publice, monumente istorice si de arhitectura, parcuri, scuare, spitale si alte asezaminte de interes public.

In ce priveste vibratiile, acestea sunt nesemnificative pentru mediu.

3. Impactul asupra pasarilor zburatoare

Principalul impact pus in discutie pentru protejarea mediului este cel legat de impactul pasarilor zburatoare cu rotoarele turbinelor eoliene in miscare, precum si perturbarea habitatului (la sol), daca in areal se afla colonii semnificative de pasari.
Aceasta problema a suscitat - inca de acum mai bine de un deceniu - intense dispute in tarile vest europene promotoare ale tehnologiei. Din acest motiv, in multe tari au fost demarate multiple studii de impact cu pasarile.

Astazi in tarile vest-europene ecologistii si promotorii centralelor eoliene au ajuns la un consens: impactul dintre turbinele eoliene si pasari este mai mic decat se afirmase la inceput si in orice caz mai redus decat impactul altor activitati umane ca vanatoarea, transportul rutier si aerian, sau chiar existenta structurilor statice ca stalpii si liniile electrice ori a cladirilor inalte, de care pasarile se ciocnesc deoarece le vad greu.

Aceasta concluzie a permis dezvoltarea exploziva a energetici vantului in toate tarile UE. Asa cum aratam existau peste 40.000 MW instalati la finele anului 2005.

Un studiu olandez (intocmit de Biroul teritorial pentru energia vantului in cooperare cu Fundatia olandeza pentru protectia pasarilor) estimeaza ca anual sunt omorate 1500 pasari prin vanatoare, 1000 de liniile electrice, 2000 de traficul rutier si numai 20 pasari/1000 MW de turbinele eoliene. Rezulta ca numarul pasarilor omorate de masini este de 300 ori mai mare decat numarul pasarilor omorate de turbinele de vant, iar cel al vanatorii de 70 ori mai mare.

Aceste estimari sunt confirmate de un studiu al Ministerului Mediului din Danemarca, ce conclude ca stalpii si liniile de inalta tensiune sunt un pericol mult mai mare pentru pasari decat turbinele eoliene, care in rotatie fiind constituie un avertisment vizual si sonor semnificativ pentru pasari, acestea evitand zona. Studiile radar din Tjaeborg - vestul Danemarcei unde functiona o turbina de 2 MW, arata ca pasarile au avut tendinta sa-si schimbe ruta de zbor cu 100-200 m fata de turbine si trec pe langa sau pe deasupra lor la o distanta sigura. Acest comportament a fost observat atat ziua cat si noaptea.

La Port-la-Nouvelle in sudul Frantei, cinci turbine sunt plasate intr-o importanta rezervatie de pasari, prin care trec mii de pasari, inclusiv pradatoare, mai ales in timpul migratiilor. Studiul, intocmit de Liga Franceza pentru Protectia Pasarilor a constatat ca majoritatea pasarilor mai mari zburau in mod deliberat in jurul turbinelor. In cinci ani de exploatare a parcului eolian nu s-a raportat la liga nici o pasare ranita sau omorata.

Aceaste constatari extrem de pozitive nu elimina necesitatea unei analize specifice in fiecare amplasament,care sa tina cont de faptul ca sunt sau nu sunt semnalate pasari din specii protejate cu habitat stabil si daca speciile respective pot suferi o extinctie prin realizarea parcului eolian,sau daca pasajul pasarilor calatoare trece exact pe deasupra ampasamentului propus.

In aceste cazuri se impun unele precautii suplimentare cum ar fi cresterea distantei dintre turbine, amplasarea lor- in masura posibilului tehnic-sub creasta culmilor (in cazul unor amplasamente pe culmi de dealuri sau asemanatoare), iar in cazuri extreme nedemararea executiei proiectului pana la efectuarea unui studiu concret al organismelor abilitate ale Ministerului Mediului care sa determine efectele posibilului impact.Suntem insa convinsi ca aceste concluzii nu pot fi decat pozitive, asa cum s-a intamplat in toate celelalte tari care au dezvoltat productia din energie eoliana.

Modificarile intervenite in calitatea si in structura solului si a subsolului datorita realizarii drumurilor suplimentare de acces, a platformelor de montaj, a turnarii fundatiilor (din beton armat), a realizarii camerei de comanda si liniilor
electrice de racord la retea sunt minore. Masurile preconizate prin proiecte (de refacere a a solului, de inerbare s.a.) dupa lucrarile de constructii montaj sunt suficiente.

Un efect care poate fi receptat si de la distante mai mari, deci de mai multi localnici vecini ai parcului eolian, este fenomenul de licarire al palelor cand sunt batute direct de soare, care ar putea fi deranjant. Acest fenomen se produce numai in zilele senine de la rasaritul soarelui pana la pranz si este perceput numai cand vantul bate din spre directia privitorului, ceea ce inseamna cel mult cateva zeci de ore pe an, practic in orice configurare a parcului eolian si topografie a
locului. Prin faptul ca palele sunt vopsite in alb fenomenul este mult estompat.

Bibliografie

• "Energia Eoliana , captare si conversie".Editura Stiintifica si Enciclopedica , Bucuresti 1985 .

Autori: Constantin Iulian ; Petru Dan Lazar.

• "Energii neconventionale utilizate in instalatiile din constructii Editura Tehnica , Bucuresti 1987.

Autori :Dr.Ing Mihai Ilina , Dr.Ing. Costica Bandrabur,

Dr.Ing. Nicolae Oancea.

• Adrese web: www.energie-eoliana.com

www.energreen.strainu.ro

www.eneria.ro

www.minind.ro