Utvecklingen av förnybara energikällor är avgörande i kampen mot den globala uppvärmningen och för bevarandet av vår planets naturresurser. Teknik för vind- och solskörd är på frammarsch. Detta leder till den växande efterfrågan på typer av vertikala vindkraftverk. Låt oss ta reda på mer om dem.
Typer av vindkraftverk med vertikal axel
2 typer av VAWT tillgängliga på marknaden är Darrieus vindkraftverk och Savonius vindkraftverk.
En typ av vindkraftverk som mest används för bostadsändamål är en vertikal axel vindturbin. Den har 2 eller 3 blad och en vertikalt rörlig rotoraxel. I en VAWT är generatorn placerad i botten och bladen täcks runt tornets axel.
Dessa turbiner är installeras ofta på vägavdelare och de rörliga fordonen får turbinens böjda blad att vända och generera kraft. Turbinen använder olika vindhastigheter på olika sätt utifrån kraven.
1. Darrieus vindkraftverk (Lift-Type)
Detta vindkraftverk har fått sitt namn från Georges Darrieus, personen som uppfann det. Darrieus vindkraftverk har långa och böjda blad kopplade till toppen och botten av rotoraxeln. Även känd under namnet en äggvisp, är denna turbins varje ände ansluten till rotoraxeln.
Darrieus-turbiner roterar från lyftet som tillhandahålls av den aerodynamiska kraften. Ett sug produceras på framsidan av turbinen av vindflödet, vilket gör att bladen roterar i motsatt riktning.
2. Savonius vindkraftverk (Drag-Typ)
Denna turbin har en solid vindmottagande yta och bladen är lindade runt den vertikala axeln på grund av deras spiralliknande arrangemang. Savonius-turbiner är i första hand beroende av flödesmotståndsprocessen för att aktivera motorerna.
Detta är nödvändigt förutom att den dynamiska vindkraften fungerar som en aktiv kraft för att vrida rotorerna. Baksidan av bladen möter en aerodynamisk motståndskraft samtidigt. På grund av detta roterar dessa turbiner proportionellt mot vindhastigheten.
Båda vindkraftverken har specifika former av vingar som minskar mängden motstånd som de drabbas av. När väl varvet börjar, ökar också turbinens hastighet för att överstiga vindhastigheten, för bättre prestanda.
Verkningsprincip för vindkraftverk med vertikal axel
Låt oss ta en titt på komponenter för vindkraftverk med vertikal axel.
- Växellåda – Det ökar rotationshastigheten för en låghastighetsaxel för att den ska anslutas till en höghastighetsaxel, som är ansluten till generatorn.
- Generator – Den omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi i vindkraftverket.
- Uppladdningsbart batteri – Den lagrar elproduktionen som skapades av generatorn.
- LDR-krets – Den fungerar för att tända/släcka ljuset i systemet. Den består av ljusberoende motstånd (LDR), batteri, LED, transistor och resistor.
Läs mer om grundprincipen för omvandling av vindenergi.
Arbeta
En VAWT är ansluten till växellådan som innehåller växlar och denna växellåda är direkt ansluten till den elektriska generatoraxeln. Vinden börjar vända turbinen som genererar mekanisk energi.
Växellådan förbättrar turbinens varv internt och överför dessa rotationer till generatorn som en mekanisk ingång. Generatorn använder denna energi och omvandlar den till elektrisk energi, som sedan lagras i batterierna. Denna lagrade energi används via ett automatiserat belysningssystem.
Kretsens funktion
Transistorns emitter är ansluten till GND och kollektorn är kopplad till LED:s minuspol. Motståndets terminaler är direkt anslutna till spänningskällan och LDR är ansluten till minuspolen. När LDR-kretsen väl är kopplad direkt till batteriet kan den känna närvaron av ljus. Efter detta tänds lysdioden automatiskt när mängden ljus (solljus) som tas emot är mindre intensiv.
Vertical Axis Wind Turbin Applications
Följande är en lista över idealiska tillämpningar för en typ av vindkraftverk med vertikal axel.
- I små vindprojekt och mindre omfattande vindkraftsanläggningar
- Vid konstruktion eller användning i bostadshus.
- I områden med instabila väder- eller vindförhållanden för att generera kraft.
Fördelar med Vertical Axis Wind Turbine
Fördelarna med vindkraftverk med vertikal axel är följande:
1. Rundstrålande rotor
Rotorbladen i VAWT är kapabla till plockar upp vind från alla håll. Således kan dessa turbiner generera kraft i instabila väderförhållanden som byiga och turbulenta vindar. Dessutom är de också idealiska för kust- och bergsområden.
2. Närmare avstånd
Varje turbin är placerad 5 diametrar från varandra över vinden och cirka 10 diametrar från varandra sträcker sig nedåt. Detta avståndsmönster hjälper till att undvika störningar av luftflödet. Det minskar också chanserna för minskning av vindhastigheten orsakad av turbiner till varandra. Med tätare avstånd, vertikala vindkraftverk effektivt fånga upp mer energi per kvadratmeter mark.
Enligt en 2017-forskning av Stanford University, doktorand i maskinteknik, Anna Craig, kan VAWT generera 10 gånger mer kraft per enhet mark jämfört med en grupp av horisontella vindkraftverk (stort spridd).
3. Sänk startvindhastigheten
Turbiner med vertikal axel startvindhastigheten är 2 till 3 m/s, vilket gör att de kan generera kraft även med svag inkommande vind. Även om den totala effekten är lägre vid låg vindhastighet, är dessa turbiner inte värdelösa i svagare vindförhållanden, till skillnad från sina motsvarigheter.
4. Mindre miljöpåverkan
Vertikal axel vindkraftverk är mindre än traditionella turbiner. Eftersom de är byggda runt axeln, kastar inte rotorbladen skuggor. Fåglar kan också lätt se bladen, vilket minskar risken för olyckor. Dessutom arbetar VAWT med minst buller, så de orsakar inte bullerföroreningar.
5. Lätt att installera och underhålla
På grund av sin ringa storlek är dessa turbiner lätt att transportera, installera och underhålla. En enda stor lastbil kan enkelt transportera en hel turbin i en runda. Det finns inget behov av att klättra extrema höjder för att fixa eller reparera det. Således är det lätt att underhålla turbiner med vertikal axel.
6. Färre begränsningar för installation
På grund av sin storlek är typer av vindkraftverk med vertikal axel lätt tillåtet i jämförelse med andra turbiner. Olika regioner har olika regler och föreskrifter för maximal bygghöjd. Eftersom vertikala turbiner inte är särskilt höga är deras konstruktion godkänd i de flesta stater.
7. Estetiskt tilltalande
Vertikala vindturbiner har modern geometrisk design som ger dem bättre prestanda och estetiskt tilltalande. Deras utseende går bra med närliggande infrastrukturer som skolor/högskolor, parker och andra byggnader.
Läs den intressanta informationen om kombination av vindkraftverk och solpaneler och resultat.
Nackdelar med Vertical Axis Wind Turbine
Trots att det är fördelaktigt på många ställen, begränsar nackdelarna med vertikalaxlade vindkraftverk deras prestanda. Låt oss ta reda på det.
1. Mindre rotationseffektivitet
På grund av deras rotordesign, alla blad tar inte emot inkommande vind samtidigt. Blad som är vända mot vinden kommer att svänga medan andra helt enkelt följer dem vilket leder till mindre rotationseffektivitet. Dessutom upplever Savonius vindkraftverk mer motstånd på grund av sina breda bladytor.
2. Tillgång till lägre vindhastighet
VAWT är installerade på marknivå, alltså de kan inte utnyttja högre vindhastigheter på höga höjder. Detta gör att driften av turbiner begränsas till lägre vindhastigheter.
3. Snabb nötning av komponenter
Eftersom vertikala vindkraftverk installeras i tätbebyggda områden på marknivå står de inför mer problem som vibrationer och turbulens. Bladen måste tåla mer kraft, lager mellan mast och rotor tål också högre tryck. Detta leder ibland till sprickor eller böjningar i bladen.
4. Mindre total effektivitet
Vindkraftverk med vertikal axel har lägre effektivitet i jämförelse med vindkraftverk med horisontella axlar (HAWT) på grund av deras design och driftsegenskaper.
5. Manuell startmekanism
Darrieus vindturbiner har en manuell startmekanism på grund av sin vingdesign som inte bildar tillräckligt vridmoment för autorotation. De startar inte automatiskt som Savonius och horisontella turbiner.
Så de två typerna av vertikalaxlade vindkraftverk är en hållbar och enkel lösning för att generera kraft på vägar och motorvägar. Men deras design och konstruktion fungerar både till deras fördel och mot dem. Ändå är de fortfarande det bättre alternativet snarare än fossilbränslebaserade lösningar.
Rekommenderad: Onshore kontra offshore vindkraftverk: Allt du behöver veta
