可再生能源的发展对于应对全球变暖和保护地球自然资源至关重要。风能和太阳能收集技术正在兴起。这导致对垂直轴风力涡轮机的需求不断增长。让我们了解更多有关它们的信息。
垂直轴风力涡轮机的类型
市场上有两种类型的 VAWT，分别是 Darrieus 风力涡轮机和 Savonius 风力涡轮机.
主要用于住宅用途的一种风力涡轮机是 垂直轴风力发电机。它有 2 或 3 个叶片和一个垂直移动的转子轴。在 VAWT 中，发电机位于底部，叶片覆盖在塔轴周围。
这些涡轮机 通常安装在高速公路分隔带上 行驶中的车辆带动风力涡轮机弯曲的叶片转动，产生电力。风力涡轮机根据需求以不同的方式利用不同的风速。
1. 大流士风力涡轮机 (升降式)
该风力涡轮机的名字来源于 乔治·达里厄斯，发明者。达里厄斯风力涡轮机 长而弯曲的叶片与转子轴的顶部和底部相连。这种涡轮机又称为打蛋器，其两端均与转子轴相连。
达里厄斯涡轮机利用空气动力提供的升力旋转。风流在涡轮机前侧产生吸力，使叶片反向旋转。
2. 萨沃纽斯风力涡轮机 （拖拽型）
这台涡轮机 具有坚固的受风面，叶片呈螺旋状排列，缠绕在垂直轴上.萨沃纽斯涡轮机主要依靠流动阻力过程来启动马达。
除了动态风力作为转动转子的主动力之外，这也是必要的。叶片的反面同时面临空气动力阻力。因此，这些涡轮机的旋转速度与风速成正比。
两种风力涡轮机的机翼都有特定的形状 从而减少它们所受的阻力。一旦开始旋转，涡轮机的速度也会增加，超过风速，从而获得更好的性能。
垂直轴风力发电机工作原理
让我们来看看垂直轴风力涡轮机的组件。
- 齿轮箱 – 它增加低速轴的转速，以便将其连接到与发电机连接的高速轴。
- 发电机 – 它将风力涡轮机中的机械能转换为电能。
- 充电电池 – 它储存发电机产生的电力输出。
- LDR 电路 – 它用于打开/关闭系统中的灯。它由光敏电阻 (LDR)、电池、LED、晶体管和电阻器组成。
阅读更多关于 风能转换基本原理.
工进
VAWT 连接到包含齿轮的变速箱，该变速箱直接连接到发电机轴。风开始转动涡轮机，产生机械能。
变速箱在内部提高涡轮机的转速，并将这些旋转作为机械输入传输给发电机。发电机利用这种能量并将其转化为电能，然后将其存储在电池中。这种储存的能量通过自动照明系统使用。
电路的功能
晶体管的发射极连接到 GND，集电极连接到 LED 的负极。电阻器的端子直接连接到电压源，LDR 连接到负极。一旦 LDR 电路直接连接到电池，它就可以感知到光的存在。此后，一旦接收到的光（阳光）强度降低，LED 就会自动打开。
垂直轴风力涡轮机应用
以下列出了垂直轴风力涡轮机的理想应用类型。
- 在小型风电项目和规模较小的风电装置中
- 在住宅建筑的建造或使用中。
- 在天气或风力条件不稳定的地区发电。
垂直轴风力发电机的优点
垂直轴风力发电机的优点如下：
1. 全向旋翼
垂直轴风力涡轮机的转子叶片能够 拾取来自任何方向的风。因此，这些涡轮机可以在阵风和湍流等不稳定的天气条件下发电。此外，它们也非常适合沿海和山区。
2. 更近的间距
每台涡轮机在风向方向的间距为 5 个直径，在向下方向的间距约为 10 个直径。这种间距模式有助于避免气流中断。它还降低了涡轮机相互之间导致风速降低的可能性。间距越近，垂直轴风力涡轮机 有效地在每平方米土地上捕获更多的能源。
根据一个 2017研究 斯坦福大学机械工程博士生 Anna Craig 表示，与一组 水平轴风力发电机 （间距较大）。
3. 降低启动风速
垂直轴涡轮机 起始风速为2至3米/秒， 这使得它们即使在微弱的风力条件下也能发电。虽然在低风速下总输出功率较低，但与其他涡轮机不同，这些涡轮机在较弱的风力条件下并非毫无用处。
4. 减少对环境的影响
垂直轴风力涡轮机 比传统涡轮机更小。由于转子叶片是围绕轴建造的，因此不会投下阴影。鸟类也很容易看到叶片，这 减少人员伤亡的可能性。而且，VAWT 运行时的噪音最小，因此不会造成噪音污染。
5. 易于安装和维护
由于体积小，这些涡轮机 易于运输、安装和维护一辆大型卡车即可轻松运输整台涡轮机一轮。无需攀爬极高的高度进行安装或维修。因此，垂直轴涡轮机的维护非常容易。
6. 安装限制更少
由于尺寸大小，垂直轴风力涡轮机的类型有 与其他涡轮机相比更容易实现不同地区对最大建筑高度有不同的规定。由于垂直风力涡轮机不是很高，因此大多数州都批准建造垂直风力涡轮机。
7. 美学的感染力
垂直风力涡轮机具有现代几何设计，使其具有更好的性能和美观性。它们的 外观漂亮 与学校/大学校园、公园和其他建筑物等邻近基础设施。
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垂直轴风力涡轮机的缺点
尽管垂直轴风力涡轮机在许多地方都具有优势，但其缺点限制了其性能。让我们来一探究竟。
1. 旋转效率较低
由于其转子设计， 所有叶片不会同时接收来风。迎风的叶片会转动，而其他叶片则只是随风转动，导致旋转效率降低。此外，由于叶片表面较宽，萨沃纽斯风力涡轮机受到的阻力更大。
2. 获得较低风速
垂直轴风力发电机安装在地面上，因此 无法利用高空的更高风速。这使得涡轮机的工作仅限于较低的风速水平。
3. 部件快速磨损
由于垂直风力涡轮机安装在地面人口稠密的地区，因此它们面临更多 振动和湍流等问题。叶片必须承受更大的力，桅杆和转子之间的轴承也承受更高的压力。这有时会导致叶片破裂或弯曲。
4. 整体效率较低
垂直轴风力涡轮机具有 效率较低 与水平轴风力涡轮机 (HAWT) 相比，其设计和运行特性有所不同。
5. 手动启动机制
达里厄斯风力涡轮机由于其机翼设计无法形成足够的扭矩来自动旋转，因此采用手动启动机制。它们无法像萨沃纽斯涡轮机和水平涡轮机那样自动启动。
因此，这两种垂直轴风力涡轮机是道路和高速公路上发电的可持续且简单的解决方案。然而，它们的设计和建造既有利又不利。然而，它们仍然是比基于化石燃料的解决方案更好的选择。
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