Typer af vindmøller HAWT, VAWT og mere forklaret

Den store fleksitet af Vindmøller set rundt om landet på vindparker (begge på land og offshore) er standard 3-blade design. Men der findes en række forskellige stilarter/typer af møller og måden hvorpå de udnytter kinetisk energi fra vinden er ganske forskellig.

De to hovedtyper af vindmøller er vandret akse og lodret akse. Vandret akse vindmøller har den rotierende akse orienteret vandret. De har typisk 3 blade og er designet til at pege mod vinden. Lodret akse vindmøller har den rotierende akse justeret lodret og er designet til at udnytte kinetisk energi i den modsatte retning.

Udover vandret akse og lodret akse vindmøller findes der andre iterationer af møllen, der er værd at udforske.

Den mest almindelige type vindmølle er 'Horizontal Axis Wind Turbine'. Den kaldes en horizontal akse, da den rotrende akse ligger horisontalt (se diagrammet nedenfor).

De horisontale akse vindmøller skal pege direkte mod vinden for at fungere med maksimal effektivitet, og hele hovedet er designet til at dreje for at pege mod vinden. Når vinden skifter retning, skal hovedet dreje (eller 'yaw') for at blive ved med at pege mod vinden.

Horisontale akse vindmøller vælges til offshore-vindparker og onshore-vindparker, hvor jorden i høj grad er flad og åben, fordi de fungerer mere effektivt end vertikale akse møller i områder, hvor vinden ikke er turbulent.

Bygget til størrelse

Selvom der er flere kommersielt tilgængelige småskala horisontale akse-vindturbiner for energibevarende husejere, er en af deres største fordele at de skaleres godt til produktion og kan bygges MEGET STOR. Dette er endnu en grund til, at de bruges i vindparker. Det er meget mere kostnadseffektivt at bygge og driftsfe en 10 megawatt (MW)-turbine end fem 2 MW-turbiner.

Den største vindturbine i verden (sommer 2021) er Vestas V236-turbine, med en nominal effekt på 15 megawatt (MW). Den har en bladrotor-diameter på 236m – mere end dobbelt så høj som Frihedsstatuen! En enkelt rotation af dets blade vil levere nok elektricitet til at drive et gennemsnitligt hjem i en dag.

Vertikale akse-vindturbiner

En mindre effektiv og mindre almindelig turbine er 'Vertikal Akse Vindturbine'. Den kaldes vertikal akse, da den rotrende akse er justeret lodret opad.

Det er ikke muligt at bygge vertikale akse-vindmøller på de store skalaer, vi ser i vandrehjuls-vindparker. Den største nogen sinde byggede vertikale akse-vindturbine var den 110 meter høje, 3.8MW "ÉOLE"-turbine i Quebec, Canada. Dog fejlede rotor-gulvet i 1993 under de 880 tons vægt, det skulle støtte. Den har været uafhængig af da, og er nu en nydelse for turister. Det er meget usandsynligt, at nogen vil prøve at bygge en vertikal akse-turbine større end denne på grund af de ingeniørproblemer, der er forbundet med at støtte så tungt direkte på et enkelt gulv.

Bygget til fleksibilitet

Selvom de er mindre, har vertikale akse-vindmøller et større fordel over horizontale akse-vindmøller, nemlig at de ikke behøver at dreje. De samler vindenergi fra alle retninger hele tiden. På grund af måden, bladene er designet på, roterer de altid i samme retning, uanset hvorfra vinden kommer fra.

Dette gør vertikale akse-vindturbiner bedre til at fange vindenergi på bytagninger og i områder med bygningsmasser, hvor turbulent vind skifter retning hele tiden.

Vertikale akse-vindturbiner optager mindre plads end en tilsvarende effektiv horizontal akse-turbine, og bliver ofte valgt til områder, hvor der er begrænset plads.

Forskellige typer af VAWTs

Der findes to hoveddesigns af vertikale akse-vindturbiner, kaldet Savonius og Darrieus. Disse designs er ganske forskellige i den måde, de fanger vindenergi på.

Savonius VAWTs

Savonius-stil vertical akse vindmøller bruger princippet om træthed for at konvertere vindenergi til mekanisk rotationel energi. De fungerer som en ske, formet til at fange vindet, der indgår i møllen, hvilket skaber træthed og dermed tvinger den til at rotere (se diagrammet nedenfor). Uanset hvilken retning vinden kommer fra, vil den altid ramme både fronten og bagden af skeen – men den runde bagdel af skeen skaber mindre træthed, hvilket tillader at møllen kan rotere. Dog betyder dette, at en Savonius vertical akse vindmølle kun kan konvertere højst 15% af vindenergien til mekanisk rotationel energi.

Darrieus VAWTs

Darrieus lodret akse-vindturbiner bruger løftprincippet til at konvertere vindenergi til mekanisk rotationel energi og er mere effektive end Savonius-stil lodret akse-turbiner. Darrieus lodret akse-vindturbiner bruger lammere, der har en tværsnitform som ligner et flysvinge. Når vinden passerer lammen, skaber aerofoil-effekten løft, og det er dette, der roterer turbinen (se skitse nedenfor).

Aerofoil-lammene på en Darrieus-turbine kan enten være rette, krumme eller helikale i form (se skitse nedenfor).

Dette er alle Darrieus-turbiner – rotorlammene er alle de samme løftskabende aerofoiler, men i forskellige konfigurationer.

Helikale konfigurationen er måske den mest interessante, da den tillader en længere aerofoil-lamme at indgå i samme rotationsområde som en turbine med rette lammere, hvilket giver mulighed for at fange mere af vinden og forøge effektiviteten.

Andre Turbin Designe

Mens den største del af vindmøllerne falder ind under disse to hovedkategorier (lodret akse og vandret akse), har der været forskellige eksperimentelle design, der afviger fra den normale konfiguration af disse to design.

Vindtræet

‘Vindtræet’ bygget af det i Paris baserede firma New World Wind, er baseret på en Savonius-lodret-akse-vindturbin, men det er nytænkt i, at det bruger mange små turbiner, der er arrangeret til at se ud som blade på et træ for at skabe en dekorativ byghed.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless er et spansk firma, der har udnyttet en helt anden metode til at trække kinetisk energi fra vinden. Deres ”turbin“ ligner slet ikke en konventionel turbin, da den ikke roterer.

Vortex Bladeless-systemet bruger en høj, søjleformet mast, der udvinder energi fra vinden ved hjælp af en teknik kaldet vortex-induceret resonance. Når vinden passerer søjlen, forårsager det turbulent strømning bag den, hvilket får søjlen til at svinge eller 'vibrere' frem og tilbage, og det er denne mekaniske energi, der driver en lineær generator, således genereres der en elektrisk strøm.

Da de ikke har rotrende blade, udgør denne type vindgenerator ingen fare for migrerende fugle eller vildt.

Bil-Drevne Turbiner

En række virksomheder har begyndt at udvikle småskala vertikale akse vindturbiner, der kan placeres i medianen af motorveje og landeveje. I stedet for at drives af 'naturlig' vind, er det turbulence, der forårsages af den konstante strøm af køretøjer, der passerer med høj hastighed, der roterer disse turbiner. Så selv om de stadig er konventionelle vertikale akse vindturbiner, er det situationen, de anvendes i, der er ny.

Krydshånds vindturbin (CAWT)

Den krydshånds vindturbin er en eksperimentel vertikal akse turbin design, der bruger både horisontale og vertikale turbineblader i en nyttig krydshånds konfiguration. Med tre vertikale blade og seks horisontale blade kan den fange vindenergi fra både horisontale og vertikale retninger. Studier fandt ud af, at den var 2,5 gange mere effektiv end en konventionel vertikal akse turbin under de samme vindforhold.

Køletårn Opdragsturbin

Dette design foreslår en ny konfiguration af en Darrieus vertikal akse vindturbin, orienteret horizontalt og placeret øverst på køletårne. Den opdragning fra udstedningsluftstrømmen fra tårnet, i stedet for at blive spildt til atmosfæren, bruges til at drive turbinen.