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
Två typer av VAWT finns på marknaden är Darrieus-vindturbinen och Savonius-vindturbinen.
En typ av vindturbin som oftast används för bostäder är en vertikalaxlad vindturbin . Den har 2 eller 3 blad och en vertikalt rörlig rotoraxel. I en VAWT är generatorn placerad längst ner och bladen är täckta runt tornets axel.
Dessa turbiner installeras ofta på vägdelare och de rörliga fordonen gör att turbinens böjda blad roterar och genererar kraft. Turbinen använder olika vindhastigheter på olika sätt baserat på behoven.
1. Darrieus vindkraftverk (Lift-Type)
Denna vindturbin fick sitt namn från Georges Darrieus , personen som uppfann den. Darrieus vindturbiner har långa och böjda blad som är kopplade till toppen och botten av rotoraxeln . Även känd under namnet äggvisp, är varje ände av denna turbin 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 primärt 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 vingar som minskar luftmotståndet. När rotationen börjar ökar även 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 vindkraftsomvandling.
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 kan fånga upp vind från alla riktningar . 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 placeras med 5 diametrar ifrån varandra i vindens riktning och cirka 10 diametrar ifrån varandra i nedåtgående riktning. Detta avståndsmönster hjälper till att undvika störningar i luftflödet. Det minskar också risken för minskad vindhastighet orsakad av att turbinerna hänger ihop med varandra. Med tätare avstånd fångar vertikalaxlade vindturbiner effektivt upp mer energi per kvadratmeter mark.
Enligt en forskning från 2017 av doktoranden i maskinteknik vid Stanford University, Anna Craig, kan vindkraftverk med horisontell axel generera 10 gånger mer kraft per markenhet jämfört med en grupp horisontella vindturbiner (brett utspridda).
3. Sänk startvindhastigheten
Vertikalaxlade turbiner har en startvindhastighet på 2 till 3 m/s, vilket gör att de kan generera kraft även vid svag inkommande vind. Även om den totala effekten är lägre vid låg vindhastighet är dessa turbiner inte oanvändbara i svagare vindförhållanden, till skillnad från deras motsvarigheter.
4. Mindre miljöpåverkan
Vertikalaxlade vindkraftverk är mindre än traditionella turbiner . Eftersom de är byggda runt axeln kastar rotorbladen inte skuggor. Fåglar kan också lätt se bladen, vilket minskar risken för olyckor . Dessutom arbetar VAWT med minst buller och orsakar därför inte bullerföroreningar.
5. Lätt att installera och underhålla
Tack vare sin lilla storlek är dessa turbiner enkla att transportera, installera och underhålla . En enda stor lastbil kan enkelt transportera en hel turbin i ett varv. Det finns inget behov av att klättra uppför extrema höjder för att reparera den. Således är det enkelt att underhålla vertikalaxlade turbiner.
6. Färre begränsningar för installation
På grund av sin storlek är vertikalaxlade vindturbiner lätt att tillåta i jämförelse med andra typer av 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 vindkraftverk har moderna geometriska mönster som ger dem bättre prestanda och estetiskt tilltalande. Deras utseende passar bra in i angränsande infrastruktur som skolor/högskolor, parker och andra byggnader.
Läs den intressanta informationen om kombinationen av vindkraftverk och solpaneler och resultatet.
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 sin rotordesign tar inte alla blad emot inkommande vind samtidigt . Blad som är vända mot vinden roterar medan andra helt enkelt följer dem, vilket leder till lägre rotationseffektivitet. Dessutom upplever Savonius vindturbiner mer luftmotstånd på grund av sina breda bladytor.
2. Tillgång till lägre vindhastighet
Värmekraftverk installeras på marknivå och kan därför inte utnyttja högre vindhastigheter på hög höjd . Detta gör att turbinerna kan arbeta vid lägre vindhastigheter.
3. Snabb nötning av komponenter
Eftersom vertikala vindkraftverk installeras i befolkade områden på marknivå, möter de fler problem som vibrationer och turbulens . Bladen måste motstå mer kraft, och lagren mellan mast och rotor utsätts också för högre tryck. Detta leder ibland till sprickor eller böjningar i bladen.
4. Mindre total effektivitet
Vertikalaxlade vindkraftverk har lägre verkningsgrad jämfört med horisontellaxlade vindkraftverk (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.
Rekommenderas : Landbaserade vs. havsbaserade vindkraftverk: Allt du behöver veta
