Stalpi Metalici Pentru Centrale Eoliene

  • Published on
    15-Sep-2015

  • View
    47

  • Download
    17

Embed Size (px)

DESCRIPTION

zdc

Transcript

<p>Stalpi metalici suport pentru centrale eoliene: alcatuire si particularitati de calcul</p> <p>Stalpi metalici suport pentru centrale eoliene: alcatuire si particularitati de calcul</p> <p>2014BULIMAR ELIZAPCCIZS,M1,GR.2</p> <p>[Stalpi metalici suport pentru centrale eoliene: alcatuire si particularitati de calcul]</p> <p>CUPRINSINTRODUCERE2SCURT ISTORIC2PREZENTARE GENERALA3TURBINE EOLIENE3FUNDATII4PILONUL7CLASIFICARE FUNCTIE DE POZITIA TERESTRA18BIBLIOGRAFIE23</p> <p>1. INTRODUCEREEnergia eolianesteenergiavntului, o form deenergie regenerabil. Aceasta se obtine din forta vantului (data de viteza acestuia) care este capabil sa invarta o turbine eoliana. Miscarea de rotatie este transferata mecanic printr-un ax si poatefifolosita ca atare - forta mecanica lamori de vant, pompe de apa, etc, saucatre un generator, care rotindu-se produce curent electric.Energia eoliana este o sursa nepoluanta si nelimitata de energie. Un dezavantaj al acestui sistem este reprezentat de investitia initiala ( un procent de aproximativ 80% din investitia totatala) este mai mare decat la centralele electrice clasice.Acest procent de 80% provine din faptul ca, o data instalata, nu mai exista costuri cu material prima carbine, petrol, lemn etc, iar costurile cu intretinerea sunt mult mai mici pe termen lung fata de o centrala/uzina electica.In ciuda acestui dezavantaj initial centralele eoliene sunt cele mai competitive in privinta costului de producere a 1MWh.2. SCURT ISTORIC1887-1888 Charles Brush - prima turbina eolina pentru producerea energiei electrice. Turbina avea un rotor de 17 m diametru si paletele realizate din lemn de cedru. Aceasta a functionat timp de 20 de anni si avea o capacitate de productie de doar 12 KWTurbinele de vant modern devin pe zi ce trece mai inalte. Exista motive intemeiate pentru justificarea acestei tendinte. Vantul bate mult mai tare si constant la inaltimi mai mari. Datorita turbulentelor rezultate de la obstacolele de pe pamant calitatea vantului se imbunatateste odata cu cresterea inaltimii.Limitele tipice de inaltime de constructive sunt curpinse intre 80 si 119 m. Pilonii de 100 m sunt ideali pe suprafete departate de coasta in timp ce piloniii de 80 m sunt de preferat in zonele din apropierea coastei. </p> <p>3. PREZENTARE GENERALA Un echipament de producere a energiei eoliene este compus din turbina eoliana cu regulator de incarcare stalp pentru montarea turbinei eoliana baterii solare inversor sistem de schimbare a sursei de energie (daca este necesar sistemul conecteaza la retea electrica comuna sau porneste un generator) alte accesorii necesare pentru instalarea sistemului4. TURBINELE EOLIENE </p> <p>Eoliene, turbine eoliene se fabrica intr-o varietate mare atat din punct de vedere constructiv, al dimeniiunilor - de la cativaW,pana la ordinul MW-ilor, cat si al modelului / tipuluideturbina. Totusi, cea mai utilizata clasificare la turbine eoliene se face dupa pozitia axului care transmite miscarea de rotatie delaelicela generator. Avem astfel:Eoliene, turbine eoliene orizontale. La acest tip de turbina eoliana,axul principal care transmite miscarea de rotatie de la elice la generator- eventual prin intermediul unuimultiplicator de turatie - se afla in pozitie orizontala.</p> <p>Eoliene, turbine eoliene verticale La acest tip de turbina eoliana,axul care transmite miscarea de rotatie se afla in pozitie verticala.Generatorul se afla in partea de jos a turbinei, sau chiar la nivelul solului, ceee ce face ca intretinerea sa fie mult mai usoara.</p> <p>5. FUNDATII</p> <p>Proiectarea fundaiilor se conduce in conformitate cu SR EN 1992-1-1: 2004 Proiectareastructurilor din beton, Partea 1-1: Reguli generale si reguli pentru cldiri, si SR EN 1997-1:Proiectarea geotehnica Partea 1: reguli generale. Dimensionarea fundaiilor turnurilorturbinelor eoliene este determinata de momentul de rsturnare rezultat din ncrcrilecorespunztoare condiiilor extreme. Pentru a rezista raportului mare intre momentul ncovoietorsi fora axiala, la baza, urmtoarele soluii de fundare sunt recomandate: fundaie pe piloi; fundaie pe radier (circular, dreptunghiular sau poligonal); fundaie pe micro-piloi.a) Fundare directa in amplasamentele in care sisturile verzi se gasesc la zi sau la o adancime relative mica care sa permita adoptarea unei astfel de solutii, dupa indepartarea straturilor alterate si/sau puternic fisuareb) Fundarea indirecta in amplasamentele in care sisturile verzi se gasesc la adancimi medii sau mari. Fundarea indirecta se va face prin intermediul unor piloto forati de diametru mare (&gt;600 mm) ale caror caracteristici se vor stabili individual functie de strtificatia fiecarui amplasament in parte.Pilotii pot fi atat de tip flotant cat si purtatori pe varf functie de stratul in care este oprita baza.5.1. Fundarea directa ( Studiu de caz jud. Tulcea) Cele mai utilizate sunt radierele generale din beton armat care prin greutatea mare reduc semnificativ excentricitatea ncrcrii verticale. Pentru optimizarea soluiei de fundare a radierul este prevzut cu un piedestal, ce nglobeaz ancorele metalice de care se prindere turnul metalic.Fundatiile au dimensiuni mari in plan (exemplu 16,5 x 16,5 x 1,80)Fundatia se va turna pe un strat de egalizare de beton de 15 cm.Peste fundatie se va executa un inel cilindric,cu diametrul egal cu cel al primului tronson si o inaltime de aproximativ 80 cm. Cilindrul iese din pamant inca 35 cm, pe el urmand a fi fixar primul tronson al centralei eoliene. De jur imprejurul turbine se va realiza un trotuar pentru a proteja fundatia turbine eoliene. La suprafata se amenajeaza o platform de aproximativ 7,5 x 7,5, suprafata ce va fi scoasa din circuitul agricol pentru fiecare eoliana. Sapatura se va executa mecanizat iar ultimii 10 cm se vor sapa manual si se vor compacta cu maiul mecanic. Adancimea de fundate va fi de 3 m fata de suprafatat terenului urmand ca fundatiile sa fie asezate pe o perna de loess compactat in grosime de minim 2 m. Aceasta perna va fi cauzata cu cel putin 2 m fata de permietrul radierului de fundatie din beton al amenajarii eoliene.In zona turnurilor vor fi luate sctricte masuri de prevenire a infiltratiilor de apa in terenul de fundatie. Se va turna beton de egalizare. Dupa montarea armaturii si a confectiei metalice se va turna betonul fundatiei propriu-zise. In functie de zona, trebuie luat in considerare tipul de sol, astfel incat suprafata fundatiei trebuie adaptata corespunzator.5.2. Fundarea indirecta ( Studiu de caz jud. Tulcea)Fundaiile pe piloi au in general dimensiuni reduse, avnd o suprafaa mica de contact cu terenulde fundare fapt care conduce la limitarea rigiditii turnului si influenarea caracteristicilor lui dinamice. </p> <p>6. PILONUL :</p> <p>6.1. Rol Are rolul de sustinere a turbine eoliene si de a permite accesul in vederea realizarii operatiunilor de mentenanta si exploatare pe perioada functionarii turbine.In interiorul pilonului sunt montate retelele de distributie ale turbinei eoliene si scarrile de access pre nacela. In interiorul pilonului se afla liftul sai scara si platform de lucru. Protectia la coroziune a turnului este realizata printr-un strat de rasina epoxidica la suprafata.</p> <p>6.2. Baza normative:In Europa sunt disponibile urmtoarele reguli, standarde, recomandri si ghiduri de proiectare: Germanischer Lloyd (1980) Reguli pentru certificarea sistemelor de conversie aenergiei eoliene (1994); Comisia Internaionala de Electrotehnica (1988) ICE -61400-1 (1994/1999); Norma olandeza NEN 6096 (1988); Norma daneza DS 472 (1992).6.3. Cerinte de proiectare:Proiectarea si dimensionarea turnului trebuie: sa asigure suficienta rezistenta pentru a rezista unei ncrcri extreme din vntcorespunztoare celei mai mari viteze a vntului din amplasament. sa garanteze rezistenta la oboseala a componentelor turnului si fundaiei, acest faptconstituind un aspect cheie. s ofere o comportare dinamica adecvata si deplasri laterale limitate, pentru evitarearezonantei prin echilibrarea perioadei de vibraie a turnului in relaie cu perioada devibraie de rotaie a paletelor. Vibraiile unei turbine de vnt pot fi inute sub controlnumai cnd caracteristicile de rigiditate si masele tuturor componentelor sunt atent corelate.Normele specific situaiile de proiectare ce intervin la dimensionarea acestor tipuri de structurisi anume: in timpul funcionarii (producie); in timpul funcionrii in cazul apariiei uneidisfunciuni sau deconectarea de la reeaua electric; la pornire, oprirea in condiii normale,oprirea de urgent in caz de avarie; turbina oprit; turbina oprit in situaia apariiei unor avariisau defeciuni; la transport, montaj, ntreinere i reparaii. Documentul Comisiei Internaionalade Electrotehnica (1988) ICE -61400-1 introduce 17 strii limit ultime diferite si 5 cazuri deverificare la oboseal.6.4. Incarcari si combinatiiIpotezele privind ncrcrile ce pot aciona asupra acestor structuri se determin innd seama detoate combinaiile modurilor de funcionare sau alte situaii de proiectare, cum ar fi cele specificeexecuiei, asamblrii, montrii, ntreinerii, sau apariia unor cu condiii extreme. Toate cazurilerelevante de ncrcare cu o probabilitate rezonabil de apariie trebuie luate in considerare,mpreun cu comportarea sistemului de control i protecie.Pe scurt se folosesc urmtoarele strii limita:</p> <p> Condiii normale de vnt combinate cu condiii normale de funcionare; Condiii normale de vnt combinate cu apariia unei situaii de avarie in funcionareaturbinei; Condiii extreme de vnt combinate cu condiii normale de funcionare;IEC 61400-1:2005 prezint cazurile si ipotezele de ncrcare ce trebuie considerate pentruanaliz globala a structurilor de susinere a generatoarelor eoliene. In calculul si dimensionareastructurii de susinere se considera: ncrcrile gravitaionale: greutatea proprie (instalaii etc.); ncrcrile aerodinamice: aciunea vntului (EN1991-1-4, CR 1-1-4-2012); ncrcrile ineriale: aciunea seismului (EN1998-1, P100-2013), inclusiv forele centrifugale siefectele giroscopice; ncrcrile climaterice: variaia de temperatur, chiciura; ncrcrile din funcionare, operaionale (aciunea sistemului de frnare, rotirea paletelor,deconectarea generatorului, sau alte acionari ale instalaiei) ncrcrile accidentale datorate mediului nconjurtor (fulgerarea, lovirea de pasri etc.)</p> <p>Din punct de vedere al naturii aciunii, acestea se clasifica in: aciuni statice (ncrcarea proprie,ncrcarea din vnt, si forele centrifugale cnd rotorul se nvrte cu o viteza constanta) si aciunivariabile in timp. Aciunile variabile in timp pot fi:</p> <p> ncrcri ciclice induse de vnt care cauzeaz si variaia vitezei de rotire a rotorului:o ncrcarea laterala din vnt (a);o ncrcarea din vnt pe palete sub un anumit unghi (b);o Interferena intre micarea paletelor si a aerului in jurul turnului (c).</p> <p> ncrcri ciclice care cresc sau variaz cu fiecare ciclu de rotire al paletelor:o Neuniformitatea greutii paletelor (d);o Efecte giroscopice aprute la rotirea rotorului in jurul axei verticale (e). ncrcri neciclice:o Create de turbulenta vntului (f)</p> <p>6.5. Aciunea vntuluiScopul centralelor eoliene este de-a obine o putere produsa cat mai mare. Aceasta estedependenta de diametrul paletelor si viteza vntului. Majoritatea turbinelor eoliene au eficientamaxima la o viteza a vntului de 15 m/s si sunt decuplate la o viteza de 25 m/s.In condiii normale de ncrcare efectul vntul se considera ca viteza mediata pe 10 minute, cu operioada de revenire de 50 de ani. In cazul in care se considera condiii extreme de ncrcare dinvnt se considera viteza medie pe 5 secunde avnd posibilitatea de depire o data la 50 de ani.6.6. Aciunea seismuluiVerificarea la aciunea seismului se face in conformitate cu SR EN-1998 innd seama deprevederile IEC614000-1 paragraful 11.6 si anexa C, considernd un interval mediu de recurentaal micrii seismice de 475 de ani. Nu exista cerine sau impuneri speciale legate de comportareastructurii de susinere. Aceasta se considera nedisipativ, q=1, iar micarea seismica se combinacu ncrcrile operaionale.6.7. Verificarea de obosealaIn cazul structurilor de susinere ale turbinelor o deosebita importanta o are verificarea laoboseala. Aceasta se conduce conform specificailor EN1993-1-9: Oboseala.Verificarea la oboseal conform SR EN 1993-1-9/2006 se poate face folosind fie metodadegradrilor acceptabile, fie metoda duratei sigure de viat. Metoda degradrilor acceptabiletrebuie sa asigure cu un grad suficient de sigurana ca structura se comporta satisfctor pe toatadurata de viat a acesteia, presupunnd ca exista un program de inspecie si ntreinere prin caresa fie detectate si corectate degradrile provenite din oboseal. Metoda duratei de viata siguretrebuie sa asigure cu un grad suficient de sigurana ca structura s se comporte satisfctor petoat durata de viat a acesteia fr sa fie nevoie de un program de inspecie regulat pentruconstatarea degradrilor provenite din oboseal. IEC614000-1 recomand utilizarea unor factoripariali de sigurana de f = 1.0 pentru toate situaiile de proiectare.</p> <p>6.8. Tipuri de structurii de susinereFuncie de materialul de construcie turnurile de susinere pot fi din beton armat, hibride saumetalice. Turnurile din beton armat prezint avantajele unei ntreineri relativ ieftine, o flexibilitate aformei, posibilitatea prefabricrii si pretensionrii, comportare dinamica buna datorata uneiamortizri mari, comportare buna la oboseala, zgomot si vibraii reduse, atingerea unor nlimimari (80-120 m). In cazul folosirii unui beton de nalte performante sau a folosirii betonului incombinaie cu CFRP se poate obine un consum redus de material. Cu toate acestea cea maifolosit soluie de realizare a acestor structurii rmne cea metalic.</p> <p>Exista 3 tipuri principale de sisteme metalice, si anume turnuri ancorate, turnuri cu structurazbrelita si turnuri tubulare.</p> <p>Turnurile ancorate sunt cele mai ieftine i rapid de instalat. Sunt recomandate in cazul micro turbinelor eoliene, pentru utilizatorii casnici. Cu toate ca au un pre redus, prezenta cablurilor cere o suprafaa mare de ancorare si poate deveni o soluie incomoda, in special in cazul fermelor eoliene.</p> <p>Turnuri zbrelite pot ajunge la nlimi mult mai mari si pot susine generatoare mult mai grele. Acestea turnuri permit trecerea vntului prin ele, i, prin urmare, sunt supuse unei presiuni din vnt reduse. Manopera mare si aspectul estetic a fcut ca acest sistem de susinere sa dispar in prezent lsnd loc turnurilor tubulare de oel.Turnurile tubulare au multe avantaje fata de turnuri zbrele, dar sunt mult mai scumpe necesitnd in general un consum mult mai mare de material . n prezent, preul acestor turnuri tubulare nu este fezabil in cazul proiectelor rezideniale. Turnurile tubulare mari au scri interioare carepermit accesul la generator i la componentele interne asigurnd o ntreinere facila. Turnuri tubulare din oel poseda o rezistenta foarte buna asociata formei lor. Turnurile nu sunt de forma cilindrica, ci conica reducndu-si diametrul cu nlimea.</p> <p>6.9. Confecionarea turnurilor tubulare de susinereFigura din atelierul unui productor...</p>