Uusiutuvien energialähteiden kehittäminen on ratkaisevan tärkeää ilmaston lämpenemisen torjunnassa ja planeettamme luonnonvarojen säilyttämisessä. Tuuli- ja aurinkokorjuuteknologiat ovat nousussa. Tämä johtaa pystyakselisten tuuliturbiinien kysynnän kasvuun. Otetaanpa heistä lisätietoja.
Pystyakselisten tuuliturbiinien tyypit
Markkinoilla on saatavilla kahdenlaisia VAWT-tuuliturbiineja: Darrieus-tuuliturbiini ja Savonius-tuuliturbiini.
Asuinrakennuksissa enimmäkseen käytetty tuuliturbiinityyppi on pystyakselinen tuuliturbiini . Siinä on 2 tai 3 lapaa ja pystysuunnassa liikkuva roottorin akseli. VAWT:ssä generaattori sijoitetaan tornin pohjalle ja lavat on peitetty tornin akselin ympärille.
Nämä turbiinit asennetaan usein teiden jakajille , ja liikkuvat ajoneuvot pyörittävät turbiinin kaarevia siipiä ja tuottavat sähköä. Turbiini hyödyntää eri tuulennopeuksia eri tavoin vaatimusten mukaan.
1. Darrieus-tuuliturbiini (Histotyyppi)
Tämä tuuliturbiini sai nimensä Georges Darrieukselta , henkilöltä, joka sen keksi. Darrieuksen tuuliturbiineissa on pitkät ja kaarevat lavat, jotka on yhdistetty roottorin akselin ylä- ja alaosaan . Tunnetaan myös nimellä munanvatkain, ja tämän turbiinin molemmat päät on yhdistetty roottorin akseliin.
Darrieus-turbiinit pyörivät aerodynaamisen voiman tuottamasta nostosta. Tuulivirta tuottaa turbiinin etupuolelle imua, jolloin siivet pyörivät vastakkaiseen suuntaan.
2. Savoniuksen tuulivoimala (Vedä-tyyppi)
Tässä turbiinissa on kiinteä tuulen vastaanottava pinta ja lavat ovat kiertyneet pystysuoran akselin ympärille kierremäisen järjestelynsä ansiosta . Savonius-turbiinit ovat ensisijaisesti riippuvaisia virtausvastusprosessista moottoreiden aktivoimiseksi.
Tämä on välttämätöntä sen lisäksi, että dynaaminen tuulenvoima toimii aktiivisena voimana roottoreiden kääntämiseksi. Terien kääntöpuoli kohtaa samanaikaisesti aerodynaamisen vastusvoiman. Tämän vuoksi nämä turbiinit pyörivät suhteessa tuulen nopeuteen.
Molemmissa tuuliturbiineissa on tietynmuotoiset siivet , jotka vähentävät niiden vastusta. Kun pyörähdys alkaa, turbiinin nopeus kasvaa myös yli tuulen nopeuden, mikä parantaa suorituskykyä.
Pystyakselin tuuliturbiinin toimintaperiaate
Katsotaanpa pystyakselin tuuliturbiinin komponentteja.
- Vaihdelaatikko - Se lisää hidaskäyntisen akselin pyörimisnopeutta, jotta se voidaan kytkeä nopeaan akseliin, joka on kytketty generaattoriin.
- Generaattori – Se muuttaa mekaanisen energian sähköenergiaksi tuuliturbiinissa.
- Ladattava akku – Se tallentaa generaattorin tuottaman sähköntuotannon.
- LDR-piiri – Se toimii sytyttää/sammuttaa järjestelmän valot. Se koostuu valoriippuvasta vastuksesta (LDR), akusta, LEDistä, transistorista ja vastuksesta.
Lue lisää tuulienergian muuntamisen perusperiaatteesta.
Työ
Vaihteistoon, joka sisältää vaihteet, on kytketty VAWT ja tämä vaihteisto on kytketty suoraan sähkögeneraattorin akseliin. Tuuli alkaa kääntää turbiinia tuottaen mekaanista energiaa.
Vaihteisto parantaa sisäisesti turbiinin kierroksia ja siirtää nämä kierrokset generaattoriin mekaanisena tulona. Generaattori käyttää tätä energiaa ja muuntaa sen sähköenergiaksi, joka sitten varastoidaan akkuihin. Tämä varastoitu energia käytetään automatisoidun valaistusjärjestelmän kautta.
Piirin toiminta
Transistorin emitteri on kytketty GND:hen ja kollektori on kytketty LEDin negatiiviseen napaan. Vastuksen liittimet on kytketty suoraan jännitelähteeseen ja LDR on kytketty negatiiviseen napaan. Kun LDR-piiri on kytketty suoraan akkuun, se voi havaita valon läsnäolon. Tämän jälkeen LED syttyy automaattisesti, kun vastaanotettu valo (auringonvalo) on vähemmän voimakas.
Pystyakselin tuuliturbiinisovellukset
Seuraavassa on luettelo ihanteellisista sovelluksista pystyakselisten tuuliturbiinien tyypeille.
- Pienissä tuuliprojekteissa ja vähemmän laajoissa tuulivoimalaitoksissa
- Rakentamisessa tai käytössä asuinrakennuksissa.
- Alueilla, joilla on epävakaat sää- tai tuuliolosuhteet sähkön tuottamiseksi.
Pystyakselin tuuliturbiinin edut
Pystyakselin tuuliturbiinin edut ovat seuraavat:
1. Monisuuntainen roottori
VAWT:n roottorin lavat pystyvät poimimaan mistä tahansa suunnasta tulevaa tuulta . Näin ollen nämä turbiinit voivat tuottaa sähköä epävakaissa sääolosuhteissa, kuten puuskaisissa ja myrskyisissä tuulissa. Lisäksi ne sopivat ihanteellisesti rannikko- ja vuoristoalueille.
2. Tarkempi välilyönti
Jokainen turbiini on sijoitettu tuulen suuntaan viiden halkaisijan päähän toisistaan ja tuulen alapuolelle noin kymmenen halkaisijan päähän toisistaan. Tämä etäisyyden mittaus auttaa välttämään ilmavirran häiriöitä. Se myös vähentää turbiinien välisen tuulen nopeuden hidastumisen mahdollisuutta. Lähempänä toisiaan olevat etäisyydet pystyakseliset tuuliturbiinit keräävät tehokkaasti enemmän energiaa neliömetriä maata kohden.
Stanfordin yliopiston konetekniikan tohtoriopiskelija Anna Craigin vuonna 2017 tekemän tutkimuksen mukaan VAWT voi tuottaa 10 kertaa enemmän tehoa maa-aluetta kohden verrattuna ryhmään vaakasuorassa asennossa olevia tuuliturbiineja (laajalla välein).
3. Pienennä aloitustuulen nopeutta
Pystyakseliturbiinien käynnistystuulen nopeus on 2–3 m/s, minkä ansiosta ne pystyvät tuottamaan sähköä myös heikolla tuulella. Vaikka kokonaisteho on pienempi hitaalla tuulennopeudella, nämä turbiinit eivät ole hyödyttömiä heikommissakin tuuliolosuhteissa toisin kuin vastaavat turbiinit.
4. Vähemmän ympäristövaikutuksia
Pystyakseliset tuuliturbiinit ovat pienempiä kuin perinteiset turbiinit . Koska ne on rakennettu akselin ympärille, roottorin lavat eivät heitä varjoja. Linnut näkevät lavat helposti, mikä vähentää onnettomuuksien riskiä . Lisäksi VAWT toimii vähiten melulla, joten ne eivät aiheuta melusaastetta.
5. Helppo asentaa ja ylläpitää
Pienen kokonsa ansiosta näitä turbiineja on helppo kuljettaa, asentaa ja huoltaa . Yksi suuri kuorma-auto voi helposti kuljettaa kokonaisen turbiinin yhdellä kierroksella. Turbiinin korjaamiseen tai korjaamiseen ei tarvitse kiivetä äärimmäisiin korkeuksiin. Näin ollen pystyakselisten turbiinien huolto on helppoa.
6. Vähemmän rajoituksia asennuksessa
Kokonsa vuoksi pystyakseliset tuuliturbiinit ovat helposti sallittuja verrattuna muihin turbiineihin . Eri alueilla on erilaiset säännöt ja määräykset suurimmasta mahdollisesta rakennuskorkeudesta. Koska pystyakseliset turbiinit eivät ole kovin korkeita, niiden rakentaminen on hyväksyttyä useimmissa osavaltioissa.
7. Esteettinen vetovoima
Pystysuuntaisissa tuuliturbiineissa on modernit geometriset mallit, jotka parantavat niiden suorituskykyä ja esteettistä vetovoimaa. Niiden ulkonäkö sopii hyvin yhteen lähellä olevien infrastruktuurien, kuten koulujen/oppilaitosten kampusten, puistojen ja muiden rakennusten, kanssa.
Lue mielenkiintoinen tieto tuuliturbiinin ja aurinkopaneelien yhdistämisestä ja lopputuloksesta.
Pystyakselin tuuliturbiinin haitat
Huolimatta siitä, että pystyakselin tuuliturbiinit ovat hyödyllisiä monissa paikoissa, ne haittaavat niiden suorituskykyä. Otetaanpa selvää.
1. Vähemmän kiertotehoa
Roottorin rakenteen vuoksi kaikki lavat eivät saa tuulta samanaikaisesti . Tuulta kohti olevat lavat pyörivät, kun taas toiset yksinkertaisesti seuraavat niitä, mikä johtaa alhaisempaan pyörimistehokkuuteen. Lisäksi Savonius-tuuliturbiinien vastus on suurempi leveiden lapapintojensa vuoksi.
2. Pääsy alhaisempaan tuulennopeuteen
VAWT-turbiinit asennetaan maanpinnan tasolle, joten ne eivät pysty hyödyntämään korkealla virtaavia suurempia tuulennopeuksia . Tämän vuoksi turbiinien toiminta rajoittuu alhaisempiin tuulennopeuksiin.
3. Komponenttien nopea kuluminen
Koska pystysuuntaiset tuuliturbiinit asennetaan asutuille alueille maanpinnan tasolle, ne kohtaavat enemmän ongelmia, kuten tärinää ja turbulenssia . Lapojen on kestettävä enemmän voimaa, ja maston ja roottorin väliset laakerit kestävät myös suurempaa painetta. Tämä johtaa joskus lapojen halkeamiin tai taipumiseen.
4. Vähemmän kokonaistehokkuutta
Pystyakselisten tuuliturbiinien hyötysuhde on alhaisempi kuin vaaka-akselisten tuuliturbiinien (HAWT) niiden suunnittelun ja käyttöominaisuuksien vuoksi.
5. Manuaalinen käynnistysmekanismi
Darrieus-tuuliturbiineissa on manuaalinen käynnistysmekanismi, koska niiden siipirakenne ei muodosta tarpeeksi vääntömomenttia autorotaatioon. Ne eivät käynnisty automaattisesti kuten Savonius ja vaakaturbiinit.
Kahden tyyppiset pystyakseliset tuuliturbiinit ovat siis kestävä ja helppo ratkaisu sähkön tuottamiseen teillä ja moottoriteillä. Niiden suunnittelu ja rakentaminen toimivat kuitenkin sekä heidän puolestaan että heitä vastaan. Ne ovat kuitenkin edelleen parempi vaihtoehto fossiilisiin polttoaineisiin perustuvien ratkaisujen sijaan.
Suositeltu : Maa- ja merituuliturbiinit: Kaikki mitä sinun tarvitsee tietää
