Развитие возобновляемых источников энергии имеет решающее значение в борьбе с глобальным потеплением и для сохранения природных ресурсов нашей планеты. Технологии сбора энергии ветра и солнца развиваются. Это приводит к росту спроса на типы ветровых турбин с вертикальной осью. Давайте узнаем о них больше.
Типы ветровых турбин с вертикальной осью вращения
На рынке доступны 2 типа вертикально-осевых ветротурбин: ветротурбина Дарье и ветротурбина Савониуса.
Один из типов ветротурбин, наиболее часто используемых в жилых домах, — это ветротурбина с вертикальной осью вращения . Она имеет 2 или 3 лопасти и вертикально перемещающийся вал ротора. В ветротурбине с вертикальной осью вращения генератор расположен внизу, а лопасти охватывают вал башни.
Эти турбины часто устанавливаются на разделительных полосах автомагистралей , а движущиеся транспортные средства приводят в движение изогнутые лопасти турбины, вырабатывая электроэнергию. Турбина использует различные скорости ветра различными способами в зависимости от потребностей.
1. Ветряная турбина Дарье (Подъемного типа)
Эта ветряная турбина получила свое название в честь Жоржа Дарье , человека, который ее изобрел. Ветряные турбины Дарье имеют длинные изогнутые лопасти, соединенные с верхней и нижней частью вала ротора . Также известная под названием «венчик для яиц», эта турбина имеет каждый конец, соединенный с валом ротора.
Турбины Дарье вращаются за счет подъемной силы, создаваемой аэродинамической силой. На передней стороне турбины потоком ветра создается всасывание, заставляющее лопасти вращаться в противоположном направлении.
2. Ветряная турбина Савониуса (Тип перетаскивания)
Эта турбина имеет сплошную ветроприемную поверхность, а лопасти, благодаря своему спиралевидному расположению, обмотаны вокруг вертикального вала . В турбинах Савониуса работа двигателей в основном зависит от процесса сопротивления потоку.
Это необходимо помимо динамической силы ветра, действующей как активная сила для вращения роторов. Обратная сторона лопастей одновременно сталкивается с аэродинамической силой сопротивления. Благодаря этому эти турбины вращаются пропорционально скорости ветра.
Обе ветротурбины имеют особую форму крыльев , которая уменьшает сопротивление воздуха. После начала вращения скорость вращения турбины также увеличивается, превышая скорость ветра, что обеспечивает лучшую производительность.
Принцип работы ветряной турбины с вертикальной осью вращения
Давайте рассмотрим компоненты ветряной турбины с вертикальной осью вращения.
- Коробка передач – Он увеличивает скорость вращения тихоходного вала для его соединения с быстроходным валом, который соединен с генератором.
- Генератор – Он преобразует механическую энергию в электрическую в ветряной турбине.
- Аккумуляторная батарея – Он хранит электроэнергию, вырабатываемую генератором.
- Схема LDR – Он работает для включения/выключения света в системе. Он состоит из светочувствительного резистора (LDR), батареи, светодиода, транзистора и резистора.
Узнайте больше об основном принципе преобразования энергии ветра.
Работы
VAWT соединен с коробкой передач, которая включает шестерни, и эта коробка передач напрямую соединена с валом электрогенератора. Ветер начинает вращать турбину, вырабатывая механическую энергию.
Редуктор улучшает обороты турбины изнутри и передает эти обороты генератору в качестве механического входа. Генератор использует эту энергию и преобразует ее в электрическую энергию, которая затем хранится в батареях. Эта сохраненная энергия используется через автоматизированную систему освещения.
Функционирование схемы
Эмиттер транзистора подключен к GND, а коллектор подключен к отрицательному выводу светодиода. Выводы резистора напрямую подключены к источнику напряжения, а LDR подключен к отрицательному выводу. Как только схема LDR подключена напрямую к батарее, она может определять наличие света. После этого светодиод автоматически включается, как только количество полученного света (солнечного света) становится менее интенсивным.
Применение ветровых турбин с вертикальной осью вращения
Ниже приведен список идеальных областей применения различных типов ветровых турбин с вертикальной осью вращения.
- В небольших ветровых проектах и менее крупных ветроэнергетических установках
- В строительстве или эксплуатации в жилых зданиях.
- В районах с нестабильными погодными и ветровыми условиями для выработки электроэнергии.
Преимущества вертикально-осевой ветровой турбины
Преимущества вертикально-осевой ветровой турбины следующие:
1. Всенаправленный ротор
Лопасти ротора вертикально-осевых ветротурбин способны улавливать ветер, дующий с любого направления . Таким образом, эти турбины могут вырабатывать электроэнергию в нестабильных погодных условиях, таких как порывистый и турбулентный ветер. Кроме того, они идеально подходят для прибрежных и горных районов.
2. Более близкий интервал
Каждая турбина размещается на расстоянии 5 диаметров друг от друга поперек направления ветра и примерно 10 диаметров друг от друга, смещаясь вниз. Такая схема размещения помогает избежать нарушения воздушного потока. Она также снижает вероятность снижения скорости ветра из-за взаимного влияния турбин. Благодаря более близкому расположению, ветротурбины с вертикальной осью вращения эффективно улавливают больше энергии на квадратный метр земли.
Согласно исследованию Анны Крейг, аспирантки факультета машиностроения Стэнфордского университета, проведенному в 2017 году , вертикально-осевые ветротурбины могут генерировать в 10 раз больше энергии на единицу площади по сравнению с группой горизонтально-осевых ветротурбин (расположенных на значительном расстоянии друг от друга).
3. Более низкая начальная скорость ветра
Начальная скорость ветра для турбин с вертикальной осью вращения составляет 2–3 м/с, что позволяет им вырабатывать электроэнергию даже при слабом поступающем ветре. Хотя общая выработка ниже при низкой скорости ветра, эти турбины, в отличие от своих аналогов, не бесполезны в условиях слабого ветра.
4. Меньше воздействия на окружающую среду
Ветротурбины с вертикальной осью вращения меньше традиционных турбин . Поскольку они установлены вокруг вала, лопасти ротора не отбрасывают тени. Птицы также легко видят лопасти, что снижает вероятность гибели животных . Кроме того, ветротурбины с вертикальной осью вращения работают с наименьшим уровнем шума, поэтому они не создают шумового загрязнения.
5. Простота установки и обслуживания
Благодаря своим небольшим размерам, эти турбины легко транспортировать, устанавливать и обслуживать . Один большой грузовик может легко перевезти всю турбину за один раз. Нет необходимости подниматься на большую высоту для ее ремонта или обслуживания. Таким образом, обслуживание турбин с вертикальной осью вращения не представляет сложности.
6. Меньше ограничений на установку
Благодаря своим размерам, ветротурбины с вертикальной осью вращения легко допускаются к установке по сравнению с другими типами турбин . В разных регионах действуют разные правила и нормы, касающиеся максимальной высоты строительства. Поскольку вертикальные турбины не очень высокие, их строительство разрешено в большинстве штатов.
7. Эстетическая привлекательность
Вертикальные ветряные турбины имеют современную геометрическую конструкцию, обеспечивающую им лучшую производительность и эстетическую привлекательность. Их внешний вид гармонично сочетается с окружающей инфраструктурой, такой как школьные/университетские кампусы, парки и другие здания.
Ознакомьтесь с интересной информацией о сочетании ветряной турбины и солнечных панелей и результатах их применения.
Недостатки ветряной турбины с вертикальной осью вращения
Несмотря на то, что они полезны во многих местах, недостатки вертикально-осевых ветровых турбин ограничивают их производительность. Давайте выясним.
1. Меньше эффективности вращения
Из-за особенностей конструкции ротора не все лопасти одновременно подвергаются воздействию поступающего ветра . Лопасти, обращенные к ветру, будут вращаться, в то время как другие просто будут следовать за ними, что приводит к снижению эффективности вращения. Кроме того, ветротурбины Савониуса испытывают большее сопротивление из-за широких поверхностей лопастей.
2. Доступ к более низкой скорости ветра
Вертикально-осевые ветротурбины устанавливаются на уровне земли, поэтому они не могут использовать более высокие скорости ветра, дующего на больших высотах . Это ограничивает работу турбин более низкими скоростями ветра.
3. Быстрый износ компонентов
Поскольку вертикальные ветротурбины устанавливаются в населенных районах на уровне земли, они сталкиваются с большим количеством проблем, таких как вибрации и турбулентность . Лопасти должны выдерживать большую нагрузку, подшипники между мачтой и ротором также подвергаются более высокому давлению. Это иногда приводит к трещинам или изгибам лопастей.
4. Меньше общей эффективности
Ветротурбины с вертикальной осью вращения имеют более низкую эффективность по сравнению с ветротурбинами с горизонтальной осью вращения (HAWT) из-за особенностей их конструкции и условий эксплуатации.
5. Механизм ручного запуска
Ветровые турбины Дарье имеют ручной механизм запуска из-за конструкции крыла, которая не создает достаточного крутящего момента для авторотации. Они не запускаются автоматически, как турбины Савониуса и горизонтальные турбины.
Итак, 2 типа ветровых турбин с вертикальной осью являются устойчивым и простым решением для выработки электроэнергии на дорогах и автомагистралях. Однако их конструкция и конструкция работают как в их пользу, так и против них. Тем не менее, они все еще являются лучшим вариантом, чем решения на основе ископаемого топлива.
Рекомендуется : Наземные и морские ветротурбины: все, что нужно знать
