Видове ветрови турбini HAWT, VAWT и други обяснени

Подавляващото мнозинство от вятърни турбини видяните извън града на ветрови ферми (и на суша, и на море) са стандартни проекти с 3 лопasti. Всички пък, има няколко различни стила / видове турбини и начинът, по който те улавят кинетическата енергия от вятъра е доста различен.

Двете основни вида ветрови турбини са Хоризонтална ос и Вертикална ос. Хоризонталните ветрови турбини имат връщещата се ос насочена хоризонтално. Те типично разполагат с 3 лопasti и са проектирани да сочат към вятъра. Вертикалните ветрови турбини имат връщещата се ос подредена вертикално и са проектирани да улавят кинетична енергия в противоположното посокова направление.

Очевидно, че освен хоризонталните и вертикалните ветрови турбини има и други варианти на турбините, които струва да се разгледат.

Най-разпространеният тип вятъчен турбин е „Хоризонталната Основна Вятъчна Турбина“. Нарича се хоризонтална ос, защото вращащата се ос лежи хоризонтално (вж. диаграмата по-долу).

Хоризонталните осни вятъчни турбини трябва да сочат директно към вятъра, за да работят с максимална ефективност, а целият главен част е проектиран да се връща, за да се насочи към вятъра. Когато вятърът променя посоката си, главата трябва да се завърти (или „yaw“) за да остане насочена към вятъра.

Хоризонталните осни вятъчни турбини се избират за морски вятъчни фабрики и за континентални вятъчни фабрики, където земята е предимно равна и отворена, тъй като те работят по-ефективно от вертикалните осни турбини в райони, където вятърът не е турбулентен.

Построени за размер

Въпреки че има много малки хоризонтални ветрови турбini, предлагани комерчески за енергийно свестните домакини, едно от големите предимства на тези турбини е, че се маскират добре и могат да бъдат построени МНОГО ГОЛЯМИ. Това е още един причина за това, че се използват в ветрови фабрики. Економически е много по-ефективно да се построят и да се управляват една 10 мегаватовa (MW) турбина вместо пет 2 MW турбини.

Най-голямата ветрова турбина в света (като на лято 2021) е Vestas V236 турбина, с номинална мощност от 15 мегавата (MW). Тя има диаметър на лопастта с ротор 236 м – повече от двойната височина на Статуята на свободата! Единствено едно завъртане на нейните лопasti осигурява достатъчно електроенергия за средно семейство за един ден.

Ветрови турбini с вертикална ос

По-малко ефикасна и по-малко разпространена турбина е „вертикалната ветрова турбина“. Нарича се вертикална ос, тъй като въртящата се ос е насочена вертикално нагоре.

Не е възможно да се изграждат турбини с вертикална ос на големите мащаби, които виждаме в парковете с турбини с хоризонтална ос. Най-голямата кога създадена турбина с вертикална ос беше 110 метровата, 3.8МВ турбина „ÉOLE“ в Квебек, Канада. Противоклапанят обаче се разстрои през 1993 г. под теглото от 880 тона, което трябваше да поддържа. Оттогава тя не е оперативна и сега е любопитен обект за туристите. Екстремно е малко вероятно някой да опита да построи турбина с вертикална ос по-голяма от тази поради инженерните проблеми, свързани с прякото поддържане на такива тежести чрез един протичен узел.

Построена за гъвкавост

Въпреки че са по-малки, основното предимство на турбините с вертикална ос пред тези с хоризонтална ос е, че те не трябва да поврят. Те събират вятъчен енергию от всички посоки всички време. Благодарение на начина, по който са проектирани лопастите, те винаги въртят една и съща посока, независимо от посоката на вятъра.

Това прави ветровите турбины с вертикална ос по-добри при хващане на вятърна енергия на градски рофи и в наводнени райони, където турбулентният вятър променя посоката си постоянно.

Ветрови турбini с вертикална ос зает по-малко място от еквивалентната по мощност хоризонтална ос турбина и често се избират за райони, където има ограничено пространство.

Различни типове ВАТ

Има два основни дизайна на ветрови турбini с вертикална ос, наричани Савониус и Дарие. Тези дизайни са доста различни в начина, по който хващат вятърната енергия.

Савониус ВАТ

Ветреници с вертикална ос от тип Савониус използват принципа на съпротивлението, за да преобразуват вятъчната енергия в механична ротационна енергия. Те работят като купа, формирана така, че да улавя вятъра, влизащ в турбината, което създава съпротивление и я накарва да се върти (вж. диаграмата по-долу). Независимо от посоката на вятъра, той винаги ще достига както фронталната, така и задната част на купата – но закръ Glen лената задна страна на купата създава по-малко съпротивление, което позволява на турбината да се върти. Това обаче означава, че ветреницата с вертикална ос от тип Савониус може да преобразува най-много 15% от вятъчната енергия в механична ротационна енергия.

Дариюс ВАУТ

Ветрени турбini с вертикална ос на Дарие използват принципа на вдигането, за да преобразуват вятърната енергия в механична ротационна енергия и са поефективни от ветрени турбini с вертикална ос на Савониус. Ветрени турбini с вертикална ос на Дарие използват лопasti, които имат пресечник, формиран като крило на самолет. Когато вятърът минава през лопастта, аеродинамичният ефект създава вдигане, и това върти турбината (вж. диаграма, по-долу).

Аеродинамичните лопasti на турбината на Дарие могат да бъдат или прави, изкривени или хеликални по форма (вж. диаграма, по-долу).

Това са всички турбini на Дарие – роторните лопasti създадени за всички са един и същи вид аеродинамични вдигателни повърхности, но в различни конфигурации.

Хеликалната конфигурация е може би най-интересната, тъй като позволява по-дълга аеродинамична лопаст да бъде съдържана в същата ротационна площ като турбина с прави лопasti, по този начин улавяйки повече вятър и увеличавайки ефективността.

Други дизайни на турбini

Въпреки че повечето вятърни турбини попадат в тези две основни категории (вертикална ос и хоризонтална ос), са били разработени различни експериментални дизайни, които се отдалечават от обичайната конфигурация на тези два типа.

Вятъреното дърво

„Вятъреното дърво“, построено от базираната в Париж firma New Wind, е основано на вятъrna турбина с вертикална ос от тип Савониус, но е новаторско в това, че използва много малки турбини, подредени така, че да изглеждат като листа на дърво, с цел създаване на декоративен градски елемент.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless е испанска фирма, която е утилизирала напълно различен метод за извличане на кинетична енергия от вятъра. Нейната „турбина“ няма нищо общо с обикновената турбина, тъй като не се върти.

Системата Vortex Bladeless използва висока, столбовидна мачта, която извлича енергия от вятъра чрез техника, наричана вихрево индуциран резонанс. Когато вятърът минава през столба, той причинява турбулентност зад него, което накарва столба да се осцилира или „вибрира“ напред и назад, а това механично енергия привежда линейен алтернатор, пораждащ електрически ток.

Тъй като те нямат вращащи се лопasti, този вид вятъчен генератор не представлява опасност за мигриращите птици или дивата fauna.

Автомобилни-Под Conexion Вятъчни Турбини

Брой компании са започнали да разработват малкомащабни вертикални вятъчни турбини, които могат да бъдат поставени в централната разделителна полоса на автострадите. Вместо да бъдат приводени от „естествения“ вятър, турбулентността, предизвикана от постоянннепрекъснатия поток на автомобили, минаващи на висока скорост, връща тези турбини. Така че, макар все още да са традиционни вертикални вятъчни турбини, именно ситуацията, в която се прилагат, е новаторска.

Вятърен турбин с кръстосан ос (CAWT)

Вятърната турбина с кръстосан ос е експериментален дизайн на вертикална ос, който използва както хоризонтални, така и вертикални турбинни лопasti в новаторска кръстосана конфигурация. С три вертикални и шест хоризонтални лопasti тя може да улавя вятърна енергия отдясно и отгоре. Изследвания установиха, че тя е 2,5 пъти по-ефективна от традиционната вертикална осова турбина при същите вятърни условия.

Турбина за подуване на охлаждащи кули

Този дизайн предлага нова конфигурация на вертикална осова вятърна турбина на Дарие, ориентирана хоризонтално и разположена върху охлаждащите кули. Подуването от изходящия въздушен поток от кулата, вместо да бъде изхвърлено в атмосферата, се използва за привличане на турбината.