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 saatavilla olevia VAWT-tyyppejä ovat 2 Darrieus-tuuliturbiini ja Savonius-tuuliturbiini.
Eräs tuuliturbiinityyppi, jota käytetään enimmäkseen asumiseen, on a pystyakselinen tuuliturbiini. Siinä on 2 tai 3 terää ja pystysuunnassa liikkuva roottorin akseli. VAWT:ssa generaattori on sijoitettu pohjaan ja terät peitetään tornin akselin ympärillä.
Nämä turbiinit ovat usein asennettu tienjakajiin ja liikkuvat ajoneuvot saavat turbiinin kaarevat siivet kääntymään ja tuottavat tehoa. Turbiini käyttää erilaisia tuulennopeuksia eri tavoin vaatimusten mukaan.
1. Darrieus-tuuliturbiini (Histotyyppi)
Tämä tuuliturbiini on saanut nimensä Georges Darrieus, henkilö, joka sen keksi. Darrieus-tuuliturbiinit ovat pitkät ja kaarevat siivet, jotka on yhdistetty roottorin akselin ylä- ja alaosaan. Tämä turbiini tunnetaan myös nimellä munavatkaija, ja sen 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)
Tämä turbiini siinä on kiinteä tuulenpitävä pinta ja terät ovat kierretty pystyakselin ympärille kierremäisen järjestelynsä ansiosta. Savoniuksen 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.
Molemmilla tuuliturbiineilla on tietynmuotoiset siivet jotka vähentävät niiden kärsimää vastusta. Kun kierros alkaa, myös turbiinin nopeus kasvaa ylittääkseen 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 perusperiaate.
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 siivet pystyvät ottaa vastaan mistä tahansa suunnasta tulevaa tuulta. Näin ollen nämä turbiinit voivat tuottaa sähköä epävakaissa sääolosuhteissa, kuten puuskaisissa ja myrskyisissä tuulissa. Lisäksi ne ovat ihanteellisia myös rannikko- ja vuoristoalueille.
2. Tarkempi välilyönti
Jokainen turbiini on sijoitettu 5 halkaisijan päähän toisistaan tuulen poikki ja noin 10 halkaisijan päähän toisistaan, mikä ulottuu alapuolelle. Tämä etäisyyskuvio auttaa välttämään ilmavirran häiriöitä. Se myös vähentää mahdollisuuksia tuulen nopeuden alenemiseen, jonka turbiinit aiheuttavat toisilleen. Pienemmillä etäisyyksillä pystyakseliset tuuliturbiinit kerää tehokkaasti enemmän energiaa neliömetriä kohden.
Mukaan 2017-tutkimus Stanfordin yliopiston konetekniikan tohtorikandidaatin Anna Craigin mukaan VAWT voi tuottaa 10 kertaa enemmän tehoa maayksikköä kohti verrattuna joukkoon vaaka-akseliset tuuliturbiinit (laajavälillä).
3. Pienennä aloitustuulen nopeutta
Pystyakseliset turbiinit tuulen alkunopeus on 2-3 m/s, jonka avulla ne voivat tuottaa sähköä myös heikolla tuulella. Vaikka kokonaisteho on alhaisempi hitaalla tuulella, nämä turbiinit eivät ole hyödyttömiä heikoimmissa tuuliolosuhteissa, toisin kuin vastaavat.
4. Vähemmän ympäristövaikutuksia
Pystyakseliset tuuliturbiinit ovat pienempiä kuin perinteiset turbiinit. Koska roottorin siivet on rakennettu akselin ympärille, ne eivät aiheuta varjoja. Linnut voivat myös helposti nähdä terät, mikä vähentää uhrien mahdollisuuksia. Lisäksi VAWT:t toimivat vähiten melulla, joten ne eivät aiheuta melusaastetta.
5. Helppo asentaa ja ylläpitää
Pienen kokonsa vuoksi nämä turbiinit ovat helppo kuljettaa, asentaa ja huoltaa. Yksi suuri kuorma-auto voi helposti kuljettaa koko turbiinin yhdellä kierroksella. Sen korjaamiseksi tai korjaamiseksi ei tarvitse kiivetä äärimmäisiin korkeuksiin. Siten pystyakselin turbiineja on helppo huoltaa.
6. Vähemmän rajoituksia asennuksessa
Kokonsa vuoksi pystyakselisten tuuliturbiinien tyyppejä ovat helposti sallittu verrattuna muihin turbiineihin. Eri alueilla on erilaiset säännöt ja määräykset enimmäisrakennuskorkeudesta. Koska pystysuuntaiset turbiinit eivät ole kovin korkeita, niiden rakenne on hyväksytty useimmissa osavaltioissa.
7. Esteettinen vetovoima
Pystysuuntaisissa tuuliturbiineissa on moderni geometrinen muotoilu, joka antaa niille paremman suorituskyvyn ja esteettisen vetovoiman. Niiden ulkonäkö käy hienosti viereisten infrastruktuurien, kuten koulujen/opistokampusten, puistojen ja muiden rakennusten kanssa.
Lue mielenkiintoinen tieto aiheesta tuuliturbiinin ja aurinkopaneelin yhdistelmä ja lopputulos.
Pystyakselin tuuliturbiinin haitat
Huolimatta siitä, että pystyakselin tuuliturbiinit ovat hyödyllisiä monissa paikoissa, ne haittaavat niiden suorituskykyä. Otetaanpa selvää.
1. Vähemmän kiertotehoa
Roottorirakenteensa ansiosta kaikki terät eivät vastaanota tulevaa tuulta samanaikaisesti. Tuuleen päin olevat terät kääntyvät, kun taas muut vain seuraavat niitä, mikä heikentää pyörimistehoa. Lisäksi Savoniuksen tuuliturbiinit kokevat enemmän vastusta leveiden siipipintojensa ansiosta.
2. Pääsy alhaisempaan tuulennopeuteen
VAWT:t asennetaan maanpinnalle, joten ne ei voi valjastaa korkeampia tuulia, jotka virtaavat korkealla. Tämä rajoittaa turbiinien toiminnan alhaisemmille tuulen nopeuden tasoille.
3. Komponenttien nopea kuluminen
Koska pystysuuntaiset tuuliturbiinit asennetaan asutuille alueille maanpinnalle, niitä on enemmän ongelmia, kuten tärinää ja turbulenssia. Terien on kestettävä enemmän voimaa, myös maston ja roottorin väliset laakerit kestävät korkeampaa painetta. Tämä johtaa joskus terien halkeamiin tai taipumiin.
4. Vähemmän kokonaistehokkuutta
Pystyakselisilla tuuliturbiineilla on alhaisempi tehokkuus verrattuna vaaka-akselisiin tuuliturbiiniin (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.
Suositeltava: Onshore vs offshore -tuuliturbiinit: kaikki mitä sinun tarvitsee tietää
