Rozwój odnawialnych źródeł energii jest kluczowy w walce z globalnym ociepleniem i dla zachowania zasobów naturalnych naszej planety. Technologie pozyskiwania energii wiatrowej i słonecznej są w fazie wzrostu. Prowadzi to do rosnącego popytu na typy turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu. Dowiedzmy się o nich więcej.
Rodzaje turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu
Na rynku dostępne są dwa typy turbin VAWT: Turbina wiatrowa Darrieusa i turbina wiatrowa Savoniusa.
Typ turbiny wiatrowej, która jest najczęściej wykorzystywana w celach mieszkaniowych, to turbina wiatrowa o pionowej osi. Posiada 2 lub 3 łopatki i pionowo poruszający się wał wirnika. W turbinie VAWT generator jest umieszczony na dole, a łopatki są przykryte wokół wału wieży.
Te turbiny są często instalowane na pasach rozdzielających autostrady a poruszające się pojazdy powodują, że zakrzywione łopatki turbiny obracają się i generują energię. Turbina wykorzystuje różne prędkości wiatru na różne sposoby, w zależności od wymagań.
1. Turbina wiatrowa Darrieusa (Rodzaj windy)
Ta turbina wiatrowa wzięła swoją nazwę od Georgesa Darrieusa, osoba, która to wynalazła. Turbiny wiatrowe Darrieusa mają długie i zakrzywione łopatki połączone z górną i dolną częścią wału wirnikaTurbina ta, znana również pod nazwą trzepaczki do jajek, ma oba końce połączone z wałem wirnika.
Turbiny Darrieusa obracają się dzięki sile nośnej zapewnianej przez siłę aerodynamiczną. Na przedniej stronie turbiny powstaje ssanie spowodowane przepływem wiatru, powodujące obrót łopatek w przeciwnym kierunku.
2. Turbina wiatrowa Savonius (Typ przeciągania)
Ta turbina ma solidną powierzchnię odbierającą wiatr, a łopatki są owinięte wokół pionowego wału dzięki swojemu helisowatemu układowiTurbiny Savoniusa są w głównej mierze zależne od procesu oporu przepływu w celu aktywacji silników.
Jest to konieczne oprócz dynamicznej siły wiatru działającej jako siła aktywna, aby obracać wirniki. Jednocześnie odwrotna strona łopatek napotyka siłę oporu aerodynamicznego. Z tego powodu turbiny te obracają się proporcjonalnie do prędkości wiatru.
Obie turbiny wiatrowe mają specyficzne kształty skrzydeł które zmniejszają opór, jaki odczuwają. Gdy tylko rozpocznie się obrót, prędkość turbiny również wzrasta, aby przekroczyć prędkość wiatru, co zapewnia lepszą wydajność.
Zasada działania turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu
Przyjrzyjmy się bliżej elementom turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu.
- Skrzynia biegów – Zwiększa prędkość obrotową wału wolnoobrotowego, aby umożliwić jego połączenie z wałem szybkoobrotowym, który jest połączony z generatorem.
- generator – Zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną w turbinie wiatrowej.
- Akumulator – Gromadzi energię elektryczną wytworzoną przez generator.
- Obwód LDR – Działa w celu włączania/wyłączania światła w systemie. Składa się z rezystora zależnego od światła (LDR), baterii, diody LED, tranzystora i rezystora.
Przeczytaj więcej o podstawowa zasada konwersji energii wiatru.
Pracujący
VAWT jest podłączony do skrzyni biegów, która zawiera koła zębate, a ta skrzynia biegów jest bezpośrednio podłączona do wału generatora elektrycznego. Wiatr zaczyna obracać turbinę generującą energię mechaniczną.
Przekładnia poprawia obroty turbiny wewnętrznie i przekazuje te obroty do generatora jako wejście mechaniczne. Generator wykorzystuje tę energię i przekształca ją w energię elektryczną, która jest następnie magazynowana w akumulatorach. Ta zmagazynowana energia jest wykorzystywana za pośrednictwem zautomatyzowanego systemu oświetlenia.
Działanie obwodu
Emiter tranzystora jest podłączony do GND, a kolektor jest podłączony do ujemnego zacisku diody LED. Zaciski rezystora są bezpośrednio podłączone do źródła napięcia, a LDR jest podłączony do ujemnego zacisku. Gdy obwód LDR jest podłączony bezpośrednio do akumulatora, może on wykrywać obecność światła. Następnie dioda LED włącza się automatycznie, gdy ilość otrzymanego światła (światła słonecznego) jest mniej intensywna.
Zastosowania turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu
Poniżej przedstawiono listę idealnych zastosowań turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu.
- W małych projektach wiatrowych i mniej rozległych instalacjach wiatrowych
- W budownictwie lub użytkowaniu w budynkach mieszkalnych.
- Na obszarach o niestabilnych warunkach pogodowych lub wietrznych w celu wytwarzania energii.
Zalety turbiny wiatrowej o pionowej osi obrotu
Zalety turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu są następujące:
1. Wirnik wielokierunkowy
Łopatki wirnika w turbinie VAWT są zdolne do odbieranie wiatru z dowolnego kierunku. Dzięki temu turbiny te mogą generować energię w niestabilnych warunkach pogodowych, takich jak porywiste i turbulentne wiatry. Ponadto są idealne do obszarów przybrzeżnych i górskich.
2. Bliższe odstępy
Każda turbina jest umieszczona w odległości 5 średnic w poprzek wiatru i około 10 średnic w dół. Ten wzór odstępu pomaga uniknąć zakłóceń przepływu powietrza. Zmniejsza również prawdopodobieństwo zmniejszenia prędkości wiatru spowodowanego przez turbiny względem siebie. Przy mniejszej odległości turbiny wiatrowe o pionowej osi efektywnie przechwytywać więcej energii na metr kwadratowy ziemi.
Według Badania 2017 według doktorantki na wydziale inżynierii mechanicznej Uniwersytetu Stanforda, Anny Craig, turbina VAWT może wygenerować 10 razy więcej energii na jednostkę powierzchni w porównaniu z grupą turbiny wiatrowe o osi poziomej (w szerokich odstępach).
3. Niższa prędkość początkowa wiatru
Turbiny o pionowej osi obrotu prędkość wiatru początkowego wynosi 2 do 3 m/s, co pozwala im generować energię nawet przy słabym wietrze przychodzącym. Chociaż ogólna moc jest niższa przy niskiej prędkości wiatru, turbiny te nie są bezużyteczne w warunkach słabszego wiatru, w przeciwieństwie do swoich odpowiedników.
4. Mniejszy wpływ na środowisko
Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu to mniejsze niż tradycyjne turbinyPonieważ są zbudowane wokół wału, łopatki wirnika nie rzucają cienia. Ptaki mogą również łatwo zobaczyć łopatki, które zmniejsza ryzyko ofiarPonadto turbiny VAWT pracują z najmniejszym hałasem, dlatego nie powodują zanieczyszczenia hałasem.
5. Łatwy w instalacji i konserwacji
Ze względu na swoje niewielkie rozmiary turbiny te są łatwy w transporcie, instalacji i konserwacji. Pojedyncza duża ciężarówka może łatwo przetransportować całą turbinę w jednym cyklu. Nie ma potrzeby wspinania się na ekstremalne wysokości, aby ją naprawić. Dzięki temu turbiny o pionowej osi obrotu są łatwe w utrzymaniu.
6. Mniej ograniczeń instalacji
Ze względu na wielkość, typy turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu są łatwo dopuszczalne w porównaniu do innych turbin. Różne regiony mają różne zasady i przepisy dotyczące maksymalnej wysokości konstrukcji. Ponieważ turbiny pionowe nie są bardzo wysokie, ich budowa jest zatwierdzona w większości stanów.
7. Estetyczny wygląd
Pionowe turbiny wiatrowe mają nowoczesne geometryczne projekty, które zapewniają im lepszą wydajność i walory estetyczne. wygląd pasuje z sąsiadującą infrastrukturą, taką jak kampusy szkół/uczelni, parki i inne budynki.
Przeczytaj interesującą informację na temat połączenie turbiny wiatrowej i panelu słonecznego i wynik.
Wady turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu
Pomimo tego, że są korzystne w wielu miejscach, wady turbin wiatrowych z pionową osią ograniczają ich wydajność. Przekonajmy się.
1. Mniejsza wydajność rotacji
Ze względu na konstrukcję wirnika, nie wszystkie łopatki otrzymują jednocześnie podmuch wiatru. Łopatki zwrócone w stronę wiatru będą się obracać, podczas gdy inne po prostu podążają za nimi, co prowadzi do mniejszej wydajności obrotowej. Ponadto turbiny wiatrowe Savoniusa doświadczają większego oporu ze względu na szerokie powierzchnie łopatek.
2. Dostęp do niższej prędkości wiatru
Turbiny VAWT są instalowane na poziomie gruntu, dlatego nie może wykorzystać większych prędkości wiatru wiejącego na dużych wysokościach. W związku z tym praca turbin jest ograniczona do niższych poziomów prędkości wiatru.
3. Szybkie zużycie podzespołów
Ponieważ turbiny wiatrowe pionowe są instalowane na poziomie gruntu w obszarach zamieszkanych, są narażone na większe obciążenia problemy takie jak wibracje i turbulencje. Łopatki muszą wytrzymać większą siłę, łożyska między masztem a wirnikiem również wytrzymują większe ciśnienie. Czasami prowadzi to do pęknięć lub wygięć łopatek.
4. Niższa ogólna wydajność
Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu mają niższa wydajność w porównaniu do turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu (HAWT) ze względu na ich konstrukcję i charakterystykę eksploatacyjną.
5. Mechanizm rozruchowy ręczny
Turbiny wiatrowe Darrieusa mają ręczny mechanizm rozruchowy ze względu na konstrukcję skrzydeł, która nie wytwarza wystarczającego momentu obrotowego do autorotacji. Nie uruchamiają się automatycznie jak turbiny Savoniusa i turbiny poziome.
Tak więc 2 typy turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu są zrównoważonym i łatwym rozwiązaniem do generowania energii na drogach i autostradach. Jednak ich konstrukcja i budowa działają zarówno na ich korzyść, jak i na niekorzyść. Mimo to nadal są lepszą opcją niż rozwiązania oparte na paliwach kopalnych.
Polecane: Turbiny wiatrowe na lądzie i na morzu: wszystko, co musisz wiedzieć
