De ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen is cruciaal in de strijd tegen de opwarming van de aarde en voor het behoud van de natuurlijke hulpbronnen van onze planeet. Wind- en zonne-energietechnologieën zijn in opkomst. Dit leidt tot een groeiende vraag naar typen verticale aswindturbines. Laten we er meer over te weten komen.
Soorten verticale as windturbines
Er zijn twee typen verticale-aswindturbines (VAWT) op de markt verkrijgbaar: de Darrieus-windturbine en de Savonius-windturbine.
Een type windturbine dat vooral voor woondoeleinden wordt gebruikt, is de verticale-aswindturbine (VAWT) . Deze heeft 2 of 3 bladen en een verticaal bewegende rotoras. Bij een VAWT bevindt de generator zich onderaan en zijn de bladen om de as van de toren geplaatst.
Deze turbines worden vaak op middenbermen van snelwegen geplaatst , waardoor de bewegende voertuigen de gebogen bladen van de turbine laten draaien en elektriciteit opwekken. De turbine benut de windkracht op verschillende manieren, afhankelijk van de behoeften.
1. Darrieus windturbine (Lift-type)
Deze windturbine dankt zijn naam aan Georges Darrieus , de uitvinder ervan. Darrieus-windturbines hebben lange, gebogen bladen die aan de boven- en onderkant van de rotoras zijn bevestigd . Deze turbine, ook wel bekend als een eierklopper, heeft aan beide uiteinden een verbinding met de rotoras.
Darrieus turbines draaien door de lift die wordt geleverd door de aerodynamische kracht. Er ontstaat een zuiging aan de voorkant van de turbine door de windstroom, waardoor de bladen in de tegenovergestelde richting draaien.
2. Savonius Windturbine (Sleeptype)
Deze turbine heeft een massief, windopvangend oppervlak en de bladen zijn door hun spiraalvormige opstelling om de verticale as gewikkeld . Savonius-turbines zijn voornamelijk afhankelijk van de stromingsweerstand om de motoren aan te drijven.
Dit is nodig naast de dynamische windkracht die als actieve kracht fungeert om de rotoren te laten draaien. De achterkant van de bladen staat tegelijkertijd tegenover een aerodynamische weerstandskracht. Hierdoor draaien deze turbines evenredig met de windsnelheid.
Beide windturbines hebben specifieke vleugelvormen die de luchtweerstand verminderen. Zodra de turbine begint te draaien, neemt ook de snelheid toe tot boven de windsnelheid, voor betere prestaties.
Werkingsprincipe van verticale aswindturbine
Laten we eens kijken naar de onderdelen van een verticale-as windturbine.
- Versnellingsbak – Het verhoogt de rotatiesnelheid van een langzaam draaiende as, zodat deze kan worden aangesloten op een snel draaiende as, die is aangesloten op de generator.
- Generator – Het zet mechanische energie om in elektrische energie in de windturbine.
- Oplaadbare batterij – Het slaat de elektriciteit op die door de generator wordt opgewekt.
- LDR-circuit – Het werkt om het licht in het systeem aan/uit te zetten. Het bestaat uit Light Dependent Resistor (LDR), batterij, LED, transistor en weerstand.
Lees meer over het basisprincipe van windenergieconversie.
Werkzaam
Een VAWT is verbonden met de versnellingsbak die tandwielen bevat en deze versnellingsbak is direct verbonden met de elektrische generatoras. De wind begint de turbine te laten draaien en genereert mechanische energie.
De versnellingsbak verbetert intern de omwentelingen van de turbine en brengt deze rotaties over naar de generator als mechanische input. De generator gebruikt deze energie en zet deze om in elektrische energie, die vervolgens wordt opgeslagen in de batterijen. Deze opgeslagen energie wordt gebruikt via een geautomatiseerd verlichtingssysteem.
Werking van het circuit
De emitter van de transistor is verbonden met GND en de collector is verbonden met de negatieve aansluiting van de LED. De aansluitingen van de weerstand zijn rechtstreeks verbonden met de spanningsbron en LDR is verbonden met de negatieve aansluiting. Zodra het LDR-circuit rechtstreeks is verbonden met de batterij, kan het de aanwezigheid van licht detecteren. Hierna gaat de LED automatisch aan zodra de hoeveelheid ontvangen licht (zonlicht) minder intens is.
Toepassingen voor verticale aswindturbines
Hieronder vindt u een lijst met ideale toepassingen van een bepaald type windturbine met verticale as.
- Bij kleine windprojecten en minder omvangrijke windenergie-installaties
- In de bouw of voor gebruik in woongebouwen.
- In gebieden met onstabiele weers- of windomstandigheden om stroom op te wekken.
Voordelen van verticale as windturbines
De voordelen van verticale-as windturbines zijn als volgt:
1. Omnidirectionele rotor
De rotorbladen van een verticale-aswindturbine (VAWT) kunnen wind uit elke richting opvangen . Daardoor kunnen deze turbines stroom opwekken onder onstabiele weersomstandigheden, zoals bij rukwinden en turbulentie. Bovendien zijn ze ook ideaal voor kust- en berggebieden.
2. Dichtere afstand
Elke turbine is op een afstand van 5 diameters van elkaar geplaatst, dwars op de windrichting, en op een afstand van ongeveer 10 diameters van elkaar in de richting van de wind. Deze plaatsing helpt verstoring van de luchtstroom te voorkomen. Het verkleint ook de kans op een afname van de windsnelheid door de onderlinge interactie tussen de turbines. Door de kleinere onderlinge afstand vangen verticale windturbines effectiever meer energie op per vierkante meter grond.
Volgens een onderzoek uit 2017 van Anna Craig, promovenda werktuigbouwkunde aan de Stanford University, kan een verticale windturbine (VAWT) tien keer meer energie per oppervlakte-eenheid opwekken in vergelijking met een groep horizontale windturbines (die ver uit elkaar staan).
3. Lagere startwindsnelheid
De startwindsnelheid van verticale-as-turbines ligt tussen de 2 en 3 m/s, waardoor ze zelfs bij een zwakke wind energie kunnen opwekken. Hoewel het totale vermogen lager is bij een lage windsnelheid, zijn deze turbines, in tegenstelling tot hun tegenhangers, niet nutteloos bij zwakkere windomstandigheden.
4. Minder impact op het milieu
Windturbines met een verticale as zijn kleiner dan traditionele turbines . Doordat ze rond de as zijn gebouwd, werpen de rotorbladen geen schaduwen. Vogels kunnen de bladen ook gemakkelijk zien, waardoor de kans op ongelukken kleiner is . Bovendien produceren VAWT's het minste geluid en veroorzaken ze dus geen geluidsoverlast.
5. Gemakkelijk te installeren en te onderhouden
Door hun kleine formaat zijn deze turbines gemakkelijk te transporteren, te installeren en te onderhouden . Een grote vrachtwagen kan een complete turbine in één keer vervoeren. Het is niet nodig om op grote hoogte te klimmen voor reparaties. Daardoor zijn turbines met een verticale as eenvoudig te onderhouden.
6. Minder beperkingen bij installatie
Vanwege hun formaat zijn verticale windturbines relatief gemakkelijk toegestaan in vergelijking met andere turbines . De regels en voorschriften voor de maximale bouwhoogte verschillen per regio. Omdat verticale turbines niet erg hoog zijn, is hun bouw in de meeste staten toegestaan.
7. Esthetisch aantrekkelijk
Verticale windturbines hebben moderne geometrische ontwerpen die zorgen voor betere prestaties en een aantrekkelijker uiterlijk. Hun verschijning past goed bij de omliggende infrastructuur, zoals school- en universiteitscampussen, parken en andere gebouwen.
Lees het interessante artikel over de combinatie van windturbines en zonnepanelen en de resultaten daarvan.
Nadelen van verticale as windturbines
Ondanks dat ze op veel plekken gunstig zijn, beperken de nadelen van verticale as windturbines hun prestaties. Laten we dat eens uitzoeken.
1. Minder rotatie-efficiëntie
Door het ontwerp van hun rotor ontvangen niet alle bladen tegelijkertijd wind . Bladen die naar de wind gericht zijn, draaien mee, terwijl de andere bladen simpelweg meedraaien, wat leidt tot een lagere rotatie-efficiëntie. Bovendien ondervinden Savonius-windturbines meer luchtweerstand vanwege hun brede bladoppervlakken.
2. Toegang tot lagere windsnelheid
Verticale windturbines (VAWT's) worden op grondniveau geïnstalleerd en kunnen daardoor geen gebruik maken van de hogere windsnelheden op grote hoogte . Dit beperkt de werking van de turbines tot lagere windsnelheden.
3. Snelle slijtage van componenten
Omdat verticale windturbines in dichtbevolkte gebieden op grondniveau worden geïnstalleerd, hebben ze te maken met meer problemen zoals trillingen en turbulentie . De bladen moeten een grotere kracht weerstaan en de lagers tussen de mast en de rotor worden ook blootgesteld aan hogere druk. Dit kan soms leiden tot scheuren of vervormingen in de bladen.
4. Minder algehele efficiëntie
Verticale windturbines hebben een lager rendement dan horizontale windturbines (HAWT) vanwege hun ontwerp en operationele kenmerken.
5. Handmatig startmechanisme
Darrieus windturbines hebben een handmatig startmechanisme vanwege hun vleugelontwerp dat niet genoeg koppel vormt voor autorotatie. Ze starten niet automatisch zoals Savonius en horizontale turbines.
Dus, de 2 typen verticale as windturbines zijn een duurzame en gemakkelijke oplossing voor het opwekken van stroom op wegen en snelwegen. Echter, hun ontwerp en bouw werken zowel in hun voordeel als in hun nadeel. Toch zijn ze nog steeds de betere optie in vergelijking met oplossingen op basis van fossiele brandstoffen.
Aanbevolen : Windturbines op land versus op zee: alles wat u moet weten
