Тыпы ветравых турбін HAWT, VAWT і іншыя тлумачэнні

Пераважная большасць ветравых турбін па ўсёй акрузе на ветравых электрастанцыях (як на беразе, так і на моры) стандартныя 3 лопасці. Аднак існуе шэраг розных стыляў/тыпаў турбін, і спосабы выкарыстання кінэтычнай энергіі ветру зусім розныя.

Два асноўных тыпу ветравых турбін - гэта гарызантальная і вертыкальная восі. Ветраныя турбіны з гарызантальнай воссю вось кручэння арыентавана гарызантальна. Звычайна яны маюць 3 лопасці і прызначаны тварам да ветру. Ветраныя турбіны з вертыкальнай воссю маюць вертыкальную вось верціцца, і яны прызначаны для выкарыстання кінэтычнай энергіі ў процілеглым кірунку.

Акрамя ветравых турбін з гарызантальнай і вертыкальнай восямі, ёсць і іншыя ітэрацыі турбіны, якія варта вывучыць.

Найбольш распаўсюджаным тыпам ветравой турбіны з'яўляецца «ветравая турбіна з гарызантальнай воссю». Гэта называецца гарызантальнай воссю, паколькі вось кручэння ляжыць гарызантальна (гл. дыяграму ніжэй)

Гарызантальная вось ветраных турбін павінна быць накіравана прама на вецер, каб працаваць з максімальнай эфектыўнасцю, а ўся галоўка паварочваецца тварам да ветру. Калі вецер мяняе кірунак, галава павінна паварочвацца (або «пахіляцца»), каб заставацца накіраванай у вецер.

Ветраныя турбіны з гарызантальнай воссю выбіраюцца для марскіх і берагавых ветравых электрастанцый, дзе зямля ў асноўным плоская і адкрытая, таму што яны працуюць больш эфектыўна, чым турбіны з вертыкальнай воссю ў раёнах, дзе вецер не турбулентны.

Створаны для памеру

Нягледзячы на ​​тое, што ў продажы маецца мноства невялікіх ветравых турбін з гарызантальнай воссю для ўладальнікаў дамоў, якія клапоцяцца аб энергіі, адна з іх вялікіх пераваг заключаецца ў тым, што яны добра падыходзяць для вытворчасці і могуць быць пабудаваны ВЕЛЬМІ ВЯЛІКІМІ. Гэта яшчэ адна прычына, чаму яны выкарыстоўваюцца для ветравых электрастанцый. Значна больш эканамічна выгадна пабудаваць і эксплуатаваць адну турбіну магутнасцю 10 мегават (МВт), чым пяць турбін магутнасцю 2 МВт.

Самай вялікай ветравой турбінай у свеце (на лета 2021 г.) з'яўляецца турбіна Vestas V236 з намінальнай магутнасцю 15 мегават (МВт). Дыяметр лопасці ротара складае 236 метраў, што больш чым у два разы перавышае вышыню Статуі Свабоды! Адзін адзіны абарот яго лопасцяў забяспечыць дастаткова электраэнергіі для працы сярэдняй хатняй гаспадаркі на працягу дня.

Ветраныя турбіны з вертыкальнай воссю

Менш эфектыўнай і менш распаўсюджанай турбінай з'яўляецца «Ветравая турбіна з вертыкальнай воссю». Гэта называецца вертыкальнай воссю, бо вось верціцца вертыкальна ўверх.

Немагчыма пабудаваць турбіны з вертыкальнай воссю ў вялікіх маштабах, якія мы бачым у ветравых электрастанцыях з гарызантальнай воссю. Самай вялікай ветравой турбінай з вертыкальнай воссю, калі-небудзь пабудаванай, была турбіна «ÉOLE» вышынёй 110 м і магутнасцю 3.8 МВт у Квебеку, Канада. Аднак падшыпнік ротара выйшаў з ладу ў 1993 годзе пад вагай 880 тон, якую ён павінен быў вытрымаць. З тых часоў ён не працуе, і цяпер з'яўляецца цікавосткай для турыстаў. Вельмі малаверагодна, што хто-небудзь будзе спрабаваць пабудаваць турбіну з вертыкальнай воссю большага памеру, чым гэтая, з-за інжынерных праблем, звязаных з непасрэднай падтрымкай такой вялікай вагі на адным падшыпніку.

Створаны для гнуткасці

Нягледзячы на ​​​​меншы памер, галоўная перавага ветравых турбін з вертыкальнай воссю перад гарызантальнай заключаецца ў тым, што ім не трэба круціцца. Яны ўвесь час збіраюць энергію ветру з усіх бакоў. З-за канструкцыі лопасцей яны заўсёды круцяцца ў адным кірунку, незалежна ад таго, адкуль дзьме вецер.

Гэта робіць ветраныя турбіны з вертыкальнай воссю лепш улоўліваць энергію ветру на дахах гарадоў і ў населеных пунктах, дзе турбулентны вецер увесь час мяняе кірунак.

Ветраныя турбіны з вертыкальнай воссю займаюць менш месца, чым эквівалентная магутнасць турбіны з гарызантальнай воссю, і іх часта выбіраюць для памяшканняў, дзе абмежавана прастора.

Розныя тыпы VAWT

Ёсць дзве асноўныя канструкцыі ветравых турбін з вертыкальнай воссю, якія называюцца Savonius і Darrieus. Гэтыя канструкцыі даволі моцна адрозніваюцца тым, як яны ўлоўліваюць энергію ветру.

Савоній ВАВЦ

Ветраныя турбіны з вертыкальнай воссю ў стылі Савоніуса выкарыстоўваюць прынцып супраціву для пераўтварэння энергіі ветру ў механічную энергію кручэння. Яны працуюць як савок, форма якога ўтрымлівае вецер, які ўваходзіць у турбіну, ствараючы супраціўленне і такім чынам прымушаючы яе круціцца (гл. дыяграму ніжэй). Незалежна ад таго, з якога напрамку вецер зыходзіць, ён заўсёды будзе біць як у пярэднюю, так і ў заднюю часткі саўка, але закругленая задняя частка саўка стварае меншы супраціў, што дазваляе турбіне круціцца. Аднак гэта азначае, што ветравая турбіна Savonius з вертыкальнай воссю можа пераўтварыць у лепшым выпадку толькі 15% энергіі ветру ў механічную энергію кручэння.

Дар'е ВАВЦ

Ветраныя турбіны Darrieus з вертыкальнай воссю выкарыстоўваюць прынцып пад'ёмнай сілы для пераўтварэння энергіі ветру ў механічную энергію кручэння і з'яўляюцца больш эфектыўнымі, чым турбіны з вертыкальнай воссю тыпу Savonius. Ветраныя турбіны Дар'е з вертыкальнай воссю выкарыстоўваюць лопасці, папярочны перасек у форме крыла самалёта. Калі вецер праходзіць над лопасцю, эфект аэракрыла стварае пад'ёмную сілу, і гэта тое, што круціць турбіну (гл. схему ніжэй).

Лопасці аэракрыла турбіны Дар'е могуць мець прамыя, выгнутыя або спіральныя формы (гл. дыяграму ніжэй).

Усё гэта турбіны Дар'е - лопасці ротара ўяўляюць сабой тыя ж пад'ёмныя крыла, але ў розных канфігурацыях.

Вінтавая канфігурацыя, бадай, самая цікавая, паколькі яна дазваляе ўтрымліваць больш доўгую лопасць крыла ў той жа вобласці кручэння, што і турбіна з прамымі лопасцямі, тым самым захопліваючы больш ветру і павялічваючы эфектыўнасць. 

Іншыя канструкцыі турбін

У той час як большасць ветравых турбін падпадаюць пад гэтыя дзве асноўныя катэгорыі (вертыкальная вось і гарызантальная вось), існуюць розныя эксперыментальныя праекты, якія адыходзяць ад звычайнай канфігурацыі гэтых двух канструкцый.

Ветравое дрэва

«Ветравое дрэва», пабудаванае парыжскай кампаніяй New World Wind, заснавана на ветравой турбіне Savonius з вертыкальнай воссю, але яна новая ў тым, што ў ёй выкарыстоўваецца мноства невялікіх турбін, якія выглядаюць як лісце на дрэве, каб стварыць дэкаратыўны гарадскі элемент. .

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless - гэта іспанская кампанія, якая выкарыстала зусім іншы метад здабывання кінэтычнай энергіі з ветру. Іх «турбіна» зусім не падобная на звычайную турбіну, бо не круціцца.

У сістэме Vortex Bladeless выкарыстоўваецца высокая мачта ў форме слупа, якая здабывае энергію з ветру з дапамогай тэхнікі, званай віхравым рэзанансам. Калі вецер праходзіць міма слупа, ён выклікае за ім турбулентнасць, якая прымушае слуп вагацца або «вібраваць» наперад-назад, і менавіта гэтая механічная энергія кіруе лінейным генератарам, ствараючы электрычны ток.

Паколькі ў іх няма лопасцей, якія верцяцца, гэты тып ветрагенератараў не ўяўляе небяспекі для пералётных птушак і дзікай прыроды.

Аўтамабільныя турбіны

Шэраг кампаній пачалі распрацоўку невялікіх ветравых турбін з вертыкальнай воссю, якія можна размясціць у цэнтральнай рэзервацыі шашэйных і аўтастрад. Гэтыя турбіны круцяць не «натуральны» вецер, а турбулентнасць, выкліканая пастаянным патокам транспартных сродкаў, якія праязджаюць на высокай хуткасці. Такім чынам, хаця яны па-ранейшаму з'яўляюцца звычайнымі ветранымі турбінамі з вертыкальнай воссю, сітуацыя, у якой яны прымяняюцца, з'яўляецца новай.

Ветравая турбіна папярочнай восі (CAWT)

Ветравая турбіна з папярочнай воссю - гэта эксперыментальная канструкцыя турбіны з вертыкальнай воссю, якая выкарыстоўвае як гарызантальныя, так і вертыкальныя лопасці турбіны ў новай канфігурацыі папярочных павязак. З трыма вертыкальнымі лопасцямі і шасцю гарызантальнымі лопасцямі ён можа ўлоўліваць энергію ветру, якая паступае як з гарызантальнага, так і з вертыкальнага напрамкаў. Даследаванні паказалі, што гэта ў 2.5 разы больш эфектыўна, чым звычайная турбіна з вертыкальнай воссю пры тых жа ўмовах ветру.

Турбіна градзірні

Гэтая канструкцыя прапануе новую канфігурацыю ветравой турбіны Дар'е з вертыкальнай воссю, арыентаванай гарызантальна і размешчанай на вяршыні градзірняў. Узыходзячы паток ад патоку адпрацаванага паветра з вежы, а не траціцца ў атмасферу, выкарыстоўваецца для прывада турбіны.