Tipes Windwurwe HAWT, VAWT en Meer Verduidelik

Die oorwig van windturbines gesien rondom die land op windboerderye (beide aan-land en af-land) is standaard 3-blade ontwerpe. Maar 'n aantal verskillende stylle/tipes turbines bestaan en die manier waarop hulle kinetiese energie van die wind harnas is baie verskillend.

Die twee hoof tipes wind turbines is Horisontale-as en Vertikale-as. Horisontale-as wind turbines het die rotasie-as georiënteer horisontaal. Hulle het gewoonlik 3-blade en is ontwerp om na die wind toe te kyk. Vertikale-as wind turbines het die rotasie-as vertikaal gelyneer en is ontwerp om kinetiese energie in die teenoorgestelde rigting te harnas.

Behalwe horisontale-as en vertikale-as wind turbines is daar ander weergawes van die turbine wat verken moontlik is.

Die mees algemene tipe windwaaier is die ‘Horisontale As Windwaaier’. Dit word as 'n horisontale as verwys omdat die rotasie-as horisontaal lê (sien diagram, hieronder).

Die horisontale as windwaaiers moet direk in die wind wys om met maksimum doeltreffendheid te funksioneer, en die hele kop is ontwerp om te draai om die wind te kry. Soos die wind se rigting verander, moet die kop draai (of ‘yaw’) om altyd in die wind te wys.

Horisontale as windwaaiers word gekies vir see- en landbouwindparkinge waar die terrein hoofsaaklik vlak en oop is, omdat hulle effektiewer werk as vertikale as turbinnes in areas waar die wind nie turbulent is nie.

Gebou vir grootte

Terwyl daar baie klein-skaalse horisontale-as windturbinnes kommersieel beskikbaar is vir energiebewuste huisbesitters, is een van hul groot voordele dat hulle goed skaal vir vervaardiging en baie GROOT kan gebou word. Dit is 'n addisionele rede waarom hulle gebruik word in windparkings. Dit is veel meer koste-effektief om een 10 megawatt (MW)-turbine te bou en te bedryf as vyf 2 MW-turbines.

Die grootste windturbine ter wêreld (tot Somer 2021) is die Vestas V236 turbine, met 'n nomynale kraguitset van 15 megawatts (MW). Dit het 'n blaarrotor-diameter van 236m – meer as twee keer die hoogte van die Vryheidsbeeld! Een enkele rotasie van sy blade sal genoeg elektrisiteit verskaf om 'n gemiddelde huishouding vir 'n dag te voorsien.

Vertikale as windturbinnes

'n Minder doeltreffende en minder algemene turbine is die ‘Vertikale As Windturbine’. Dit word vertikale as genoem omdat die roterende as vertikaal opgerig is.

Dit is nie moontlik om vertikale as turbinnes te bou op die groot skaal wat ons in horisontale as turbinne windparkies sien nie. Die grootste ooit geboue vertikale as windturbinne was die 110m hoë, 3.8MW "ÉOLE"-turbinne in Quebec, Kanada. Maar die rotor-baring het in 1993 misluk onder die 880 ton gewig wat dit moes ondersteun. Dit is sedertdien nie-operasioneel en is nou 'n kuriënte vir toeriste. Dit is baie onwaarskynlik dat iemand sal probeer om 'n vertikale as turbinne groter as hierdie te bou weens die ingenieursprobleme wat saamhang met die direkte ondersteuning van so swaar gewigte op 'n enkele baring.

Gebou vir Veelsydigheid

Hoewel kleiner, is die hoofvoordeel van vertikale as windturbinne bo horisontale as turbinne dat hulle nie moet yaw nie. Hulle versamel windenergie van alle rigtings die hele tyd. Weens die manier waarop die blare ontwerp is, draai hulle altyd in dieselfde rigting, ongeag waarvandaan die wind kom.

Dit maak vertikale as windturbinnes beter in die vang van windenergie op stadse dakte en in geboude areas waar turbulentewind al die tyd verander van rigting.

Vertikale as windturbinnes neem minder ruimte in as 'n ekwivalente magtige horisontale as turbin, en word dikwels gekies vir areas waar ruimte beperk is.

Verskillende tipes VAWTs

Daar is twee hoofontwerpe van vertikale as windturbinnes, genoem Savonius en Darrieus. Hierdie ontwerpe verskil aansienlik in die manier hoe hulle windenergie vang.

Savonius VAWTs

Savonius-styl vertikale-as windturbinnes maak gebruik van die beginsel van weerstand om windenergie in meganiese rotasie-energie om te skep. Hulle werk soos 'n skop, gevorm om die wind wat die turbine binnentrek te vang, waardoor weerstand ontstaan en dit daartoe dwing om te roteer (sien diagram, hieronder). Ongeag uit watter rigting die wind kom, sal dit altyd sowel die voorkant as die agterkant van die skop raak – maar die afgeronde agterkant van die skop skep minder weerstand, wat die turbine toelaat om te roteer. Dit beteken egter dat 'n Savonius vertikale-as windturbine slegs ten hoogste 15% van die windenergie kan omvorm na meganiese rotasie-energie.

Darrieus VAWTs

Darrieus vertikale-as windturbinnes maak gebruik van die beginsel van optelling om windenergie in meganiese rotasie-energie om te skakel, en is efficiënter as Savonius-styl vertikale-as turbinnes. Darrieus vertikale-as windturbinnes gebruik vleuels wat 'n kruisafsnit het wat lyk soos die vlerk van 'n vliegtuig. Soos die wind oor die vleuel beweeg, skep die aerodinamika-optelings-effek optelling, en dit is wat die turbine roteer (sien diagram, hieronder).

Die aerodinamika-vleuels van 'n Darrieus-turbine kan of sowel reguit, gebog, of helikaal wees in vorm (sien diagram, hieronder).

Dit is almal Darrieus-turbinnes – die rotor-vleuels is almal dieselfde optelling-skeppende aerodinamika-vleuels, maar in verskillende konfigurasies.

Die helikaal-konfigurasie is moontlik die mees interessante, aangesien dit toelaat dat 'n langer aerodinamika-vleuel in dieselfde rotasie-area as 'n reguit-vleuel-turbine plaasgevind, daardeur meer van die wind vang en effektiwiteit verhoog.

Ander Turbine Ontwerpe

Terwyl die meerderheid van windturbinnes onder hierdie twee hoofkategorieë val (vertikale as en horisontale as) is daar verskeie eksperimentele ontwerpe wat weg beweeg van die normale konfigurasie van hierdie twee ontwerpe.

Die Windboom

Die ‘Windboom’ gebou deur die Parys-gebaseerde maatskappy New World Wind, is gebaseer op 'n Savonius vertikale-as-windturbine, maar dit is nuut in dat dit baie klein turbinnes gebruik wat gerangskik is om soos blare op 'n boom te lyk om 'n versierende stedelike kenmerk te skep.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless is 'n Spaanse maatskappy wat 'n heel ander metode vir die uitstrekking van kinetiese energie van die wind gebruik. Hul ‘turbine’ lyk nie soos 'n konvensionele turbine nie, aangesien dit nie roteer nie.

Die Vortex Bladeless-stelsel maak gebruik van 'n hoë, pilaarvormige mast wat energie uit die wind onttrek deur middel van 'n tegniek genaamd swirrel-induseerde resonansie. Terwyl die wind die pilaar passeer, veroorsaak dit turbulentie agter die pilaar, wat die pilaar laat osseleer of 'vibrate' heen en weer, en dit is hierdie meganiese energie wat 'n lineêre alternator dryf, so dat 'n elektriese stroom voortgebring word.

Aangesien hulle geen rotasieblaaie het, stel hierdie tipe windgeneratiewe nie 'n gevaar vir trekkende voëls of wilde lewe voor nie.

Voertuig-Getrewe Turbines

'n Aantal maatskappye het begin met die ontwikkeling van klein-skaalse vertikale aswindturbines wat in die sentrale reservering van highways en freeways plaasgewys kan word. In plaas om deur 'natuurlike' wind gedryf te word, is dit die turbulentie wat deur die konstante stroom van voertuie wat teen hoë spoed voorbi beweeg, wat hierdie turbines roteer laat. So, alhoewel hulle steeds konvensionele vertikale aswindturbines is, is dit die situasie waarop hulle toegepas word wat nuut is.

Kruis-as windturbine (CAWT)

Die kruis-as windturbine is 'n eksperimentele vertikale as-turbineontwerp wat sowel horisontale as vertikale turbineblaaie in 'n nuwe kruisverbonde konfigurasie gebruik. Met drie vertikale blaaie en ses horisontale blaaie kan dit windenergie van beide horisontale en vertikale rigtings vang. Studies het gevind dat dit 2,5 keer effektiewer was as 'n konvensionele vertikale as-turbine onder dieselfde windomstandighede.

Koeltoring Opwaartse Turbine

Hierdie ontwerp stel 'n nuwe konfigurasie van 'n Darrieus vertikale as-windturbine voor, horisontaal georiënteer en geleë by die boonste van koeltore. Die opwaarts lughewig van die uitlaat lugstroom van die toren word gebruik om die turbine te dryf, in plaas van om verskuif te word na die atmosfeer.