Eolian / Minieolian

Aerogeneratoarele eoliene, atât cele verticale cât și cele orizontale, utilizează energia cinetică a fluxului de aer care traversează rotorul, transformând-o mai întâi în energie mecanică și apoi, cu un generator, în energie electrică. Puterea extrasă din vânt, prin intermediul unui aerogenerator, depinde de suprafața rotorului, de viteza vântului ridicată la puterea a treia și de densitatea aerului. Rotorul și generatorul electric pot fi legați în mod direct (Direct drive) sau asociați unui multiplicator de rotații. Generatorul poate fi asincron sau sincron. O primă clasificare a turbinelor minieoliene se poate face în baza axului de rotație, în special dacă au turbinele eoliene cu:

ax orizontal, ax de rotație paralel cu solul, instalate în spații deschise cu vânt laminar
ax vertical, ax de rotație ortogonal pe sol, intalate în spații deschise sau în mediu urban cu vânt turbulent;

iar în baza clasificării în funcție de putere:

Micro-eolian: mai mic de 20 kW
Mini-eolian pentru puteri de la 20 kW la 200 kW

În continuare, în următoarele paragrafe, dorim să punctăm câteva aspecte legate de tipurile de generatoare (asincron și sincron), și de sistemele de reglaj și control, care sunt în măsură să adapteze imediat condițiile de lucru ale utilajului conform vitezei și direcției vântului. Generatoarele eoliene sunt, deci, dotate cu sisteme de frânare și cu alte mecanisme care protejează buna funcționare și integritatea turbinei în caz de vânt excesiv.

Palele încep să se miște în momentul în care vântul atinge viteza minimă de pornire (cut-in wind speed). Pragurile de cut-in sunt variabile în funcție de dimensiunea generatorului: de obicei, pentru pornirea turbinelor eoliene de talie mică sunt suficiente viteze ale vântului foarte joase, chiar și de numai 3-4 metri pe secundă. Rotația rotorului pentru turbinele eoliene cu ax orizontal poate fi Upwind [fig. a) și b)] sau Downwind [fig. c)].

Măririi vitezei vântului îi corespunde o creștere progresivă a puterii instantanee emisă de dispozitiv, până la atingerea vitezei normale (rated wind speed), adică a vitezei vântului la care generatorul atinge puterea nominală. Puterea de vârf rămâne constantă până la atingerea pragului maxim (cut-out wind speed) al vitezei vântului tolerate de dispozitiv. Dincolo de acest prag, generatorul încetează producerea de energie și rămâne în repaos, folosind sisteme active sau pasive de protecție, cu scopul de a evita deteriorarea componentelor mecanice. Oltre questa soglia, il generatore smette di produrre energia e si mette in sicurezza, ricorrendo a sistemi attivi o passivi di protezione, al fine di evitare danni alle componenti meccaniche.

GENERATOR ASINCRON

Rotorul și generatorul electric pot fi legați în mod direct (Direct drive) sau asociați unui multiplicator de rotații. Generatorul poate fi asincron sau sincron. Principalul avantaj al generatorului asincron este constanța frecvenței, dacă generatorul este legat la o rețea electrică care îi impune aceast lucru, independent de viteza de rotație a palelor. Dată fiind variația vitezei de rotație a palelor, aceasta ar fi alegerea firească pentru o utilizare de acest fel.

Avantajele sunt costul redus de construcție și randamentul superior celui dat de generatorul sincron.

Dezavantajele sunt: Necesitatea de absorbție a echilibrului de putere reactivă pentru funcționarea proprie, de unde nevoia de a fi conectat la rețea sau, în caz izolat, indeplinirea necesarului de putere reactivă cu o baterie de condensatoare corespunzatoare. O instalație eoliană cu generator asincron cere o mentenanță specială și un control anual sporit, până când energia livrată ajunge să fie de o calitate superioară.

GENERATORUL SINCRON

I Generatoarele sincron se bazează pe magneți permanenți, care generează energie de frecvență variabilă, dictată de viteza vântului. Această problemă se rezolvă prin instalarea unui invertor, care setează curentul de intrare la o frecvență variabilă, transformându-l în curent continuu și realizând o nouă reconversie din curent continuu în curent alternativ la frecvența de rețea.

Avantaje: Nu este necesar un număr fix de rotații. Acesta este, în mod evident, un avantaj considerând că vântul nu e mereu constant. Se auto-magnetizează, adică nu are nevoie de curent pentru pornire, prin urmare nu absoarbe curent din cutia de conexiuni. Nu creează nicio cădere de rețea, întrucât este separat galvanic de rețea, cu un sistem electronic foarte avansat pentru punerea în funcțiune a rețelei.

Dezavantaje: Costuri de transformare a energiei.

CONTROLUL PUTERII

Sistemul de control al puterii are funcția de a optimiza puterea emisă, în funcție de variațiile vitezei vântului. Există două tipuri de sisteme de control al puterii:

Control cu ajutorul palelor mobile: palele sunt construite astfel încât să se poată roti în jurul propriului ax. Este vorba despre o formă automatizată de control, care mărește sau reduce suprafața expusă vântului și modifică în acest fel eficiența aerodinamică a palelor.
Control cu ajutorul palelor fixe: palele nu se rotesc în jurul axului propriu, întrucât sunt fixate de butuc. Se utilizează, deci, proiectarea aerodinamică a palelor pentru controlul puterii. În orice caz, este vorba despre un control de putere de tip pasiv. În plus, turbinele sunt dotate cu sisteme de frânare, care asigură micșorarea vitezei de rotație e rotorului, până la pragul maxim de tolerare a vântului (cut-out wind speed). O dată depășită viteza de cut-off, turbina încetează să mai producă energie și intră în repaos, prin:

oprirea completă a rotorului

nealinierea între axul rotorului și axul de rotație al palei. Micro și mini generatoarele utilizează mai ales această ultimă soluție,întrucât este vorba de un mecanism pasiv care nu necesită existența unor dispozitive electronice. Pur și simplu, la viteza de cut-off a rotorului, datorită prezenței unui ”fermoar”, se va roti vertical pe axul propriu.

REGLAJUL DE PIVOTARE

Pivotarea este rotirea turbinei în jurul propriului ax vertical, indispensabilă pentru poziționarea rotorului în funcție de direcția vântului. Controlul pivotării contribuie și la reglajul puterii produse. Cele două sisteme principale de control și reglaj al pivotării sunt:

• Regularizarea activă a pivotării: turbinele de talie medie și mare sunt dotate cu un servomecanism sofisticat, reglat de un anemometru, care garantează alinierea optimă între axa rotorului și direcția vântului.

• Regularizarea pasivă a pivotării: pentru a orienta nacela în funcție de direcția vântului, turbinele de talie mică sunt dotate cu o cârmă simplă (sau giruetă) direcțională.