Typer af vindmøller HAWT, VAWT og mere forklaret

Det store flertal af vindmøller set rundt om i amtet på vindmølleparker (både on-shore og off-shore) er standard design med 3 vinger. Der findes dog en række forskellige stilarter/typer af møller, og måden, hvorpå de udnytter kinetisk energi fra vinden, er ret forskellig.

De to hovedtyper af vindmøller er vandret akse og lodret akse. Vindmøller med vandret akse have rotationsaksen orienteret vandret. De har typisk 3-blade og er designet til at vende mod vinden. Vindmøller med lodret akse har den roterende akse justeret lodret og er designet til at udnytte kinetisk energi i den modsatte retning.

Ud over vindmøller med vandret akse og lodret akse er der andre iterationer af møllen, der er værd at udforske.

Den mest almindelige type vindmølle er 'Horizontal Axis Wind Turbine'. Det omtales som en vandret akse, da den roterende akse ligger vandret (se diagram nedenfor)

Vindmøllerne med vandret akse skal pege direkte ind i vinden for at fungere med maksimal effektivitet, og hele hovedet er designet til at dreje mod vinden. Når vinden ændrer retning, så skal hovedet dreje (eller 'gabe') for at blive ved med at pege ind i vinden.

Vandmøller med vandret akse vælges til havvindmølleparker og landvindmølleparker, hvor jorden stort set er flad og åben, fordi de arbejder mere effektivt end lodrette aksemøller i områder, hvor vinden ikke er turbulent.

Bygget til størrelse

Mens der er masser af små vandrette vindmøller kommercielt tilgængelige for energibevidste boligejere, er en af ​​deres store fordele, at de skalerer godt til fremstilling og kan bygges MEGET STORT. Dette er endnu en grund til, at de bruges til vindmølleparker. Det er meget mere omkostningseffektivt at bygge og drive en 10 megawatt (MW) turbine end fem 2 MW turbiner.

Den største vindmølle i verden (som sommeren 2021) er Vestas V236-møllen med en nominel effekt på 15 megawatt (MW). Den har en bladrotordiameter på 236m – mere end dobbelt så høj som Frihedsgudinden! En enkelt rotation af knivene vil give nok elektricitet til at drive en gennemsnitlig husstand i en dag.

Vindmøller med lodret akse

En mindre effektiv og mindre almindelig mølle er 'Vertical Axis Wind Turbine'. Det kaldes lodret akse, da den roterende akse er rettet lodret opad.

Det er ikke muligt at bygge vertikalaksede møller i de store skalaer, vi ser i horisontale aksede vindmølleparker. Den største vindmølle med lodret akse, der nogensinde er bygget, var den 110 m høje 3.8 MW "ÉOLE"-mølle i Quebec, Canada. Men rotorlejet svigtede i 1993 under den vægt på 880 tons, det skulle bære. Det har været ude af drift siden da, og er nu et kuriosum for turister. Det er højst usandsynligt, at nogen vil forsøge at bygge en turbine med lodret akse større end dette på grund af de tekniske problemer, der er forbundet med direkte at understøtte så tunge vægte på et enkelt leje.

Bygget til fleksibilitet

Selvom de er mindre, er den største fordel, som vindmøller med lodret akse har i forhold til vandret akse, at de ikke behøver at krøje. De samler vindenergi fra alle retninger hele tiden. På grund af den måde, knivene er designet på, drejer de altid i samme retning, uanset hvor vinden kommer fra.

Dette gør vindmøller med lodret akse bedre til at opfange vindenergi i byens tage og bebyggede områder, hvor den turbulente vind hele tiden skifter retning.

Vindmøller med lodret akse fylder mindre end en tilsvarende effekt Vandret akse turbine, og vælges ofte til områder, hvor pladsen er begrænset.

Forskellige typer VAWT'er

Der er to hoveddesigns af vindmøller med lodret akse, kaldet Savonius og Darrieus. Disse designs er ret forskellige i den måde, de fanger vindenergien på.

Savonius VAWT'er

Vindmøller med lodret akse i Savonius-stil bruger trækprincippet til at konvertere vindenergi til mekanisk rotationsenergi. De fungerer som en scoop, formet til at fange vinden, der kommer ind i turbinen, hvilket skaber modstand og dermed tvinger den til at rotere (se diagrammet nedenfor). Uanset hvilken retning vinden kommer fra, vil den altid ramme både for- og bagsiden af ​​scoopet - men den afrundede bagside af scoop skaber mindre modstand, og lader derved vindmøllen rotere. Det betyder dog, at en Savonius vindmølle med lodret akse kun kan konvertere højst 15 % af vindenergien til mekanisk rotationsenergi.

Darrieus VAWTs

Darrieus vindmøller med lodret akse bruger løfteprincippet til at konvertere vindenergi til mekanisk rotationsenergi og er mere effektive end lodrette aksemøller i Savonius-stil. Darrieus vindmøller med lodret akse bruger vinger, der har et tværsnit formet som vingen på et fly. Når vinden passerer over vingen, skaber aerofoil-effekten løft, og det er det, der roterer turbinen (se diagrammet nedenfor).

Aerofoil-vingerne på en Darrieus-turbine kan enten være lige, buede eller spiralformede (se diagrammet nedenfor).

Disse er alle Darrieus-turbiner - rotorbladene er alle de samme løfte-skabende aerofoils, men i forskellige konfigurationer.

Den spiralformede konfiguration er måske den mest interessante, da den tillader en længere aerofoil-vinge at blive indeholdt inden for det samme rotationsområde som en ligevinget turbine, og derved fange mere af vinden og øge effektiviteten. 

Andre turbinedesigns

Mens størstedelen af ​​vindmøller falder ind under disse to hovedkategorier (lodret akse og vandret akse), har der været forskellige eksperimentelle designs, der bevæger sig væk fra den normale konfiguration af disse to designs.

Vindtræet

'Wind Tree' bygget af det Paris-baserede firma New World Wind er baseret på en Savonius vindmølle med lodret akse, men det er nyt ved, at det bruger mange små møller arrangeret til at ligne blade på et træ for at skabe et dekorativt urbant træk. .

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless er en spansk virksomhed, der har brugt en helt anden metode til at udvinde kinetisk energi fra vinden. Deres "turbine" ligner slet ikke en konventionel turbine, da den ikke roterer.

Vortex Bladeless-systemet bruger en høj, søjleformet mast, som udvinder energi fra vinden ved hjælp af en teknik kaldet vortex-induceret resonans. Når vinden passerer søjlen, forårsager den turbulens bag den, som får søjlen til at oscillere eller 'vibrere' frem og tilbage, og det er denne mekaniske energi, der driver en lineær generator, og dermed genererer en elektrisk strøm.

Da de ikke har nogen roterende vinger, udgør denne stil af vindgenerator ikke en fare for trækkende fugle eller dyreliv.

Køretøjsdrevne turbiner

En række virksomheder er begyndt at udvikle små vindmøller med lodret akse, der kan placeres i det centrale reservat af motorveje og motorveje. I stedet for at blive drevet af 'naturlig' vind, er det turbulensen forårsaget af den konstante strøm af køretøjer, der passerer med høj hastighed, der roterer disse turbiner. Så selvom de stadig er konventionelle vindmøller med lodret akse, er det den situation, de bliver anvendt på, som er ny.

Tværakse vindmølle (CAWT)

Den tværakse vindmølle er et eksperimentelt lodret akse mølledesign, der bruger både vandrette og lodrette møllevinger i en ny tværbundet konfiguration. Med tre lodrette vinger og seks vandrette vinger kan den fange vindenergi, der kommer fra både vandret og lodret retning. Undersøgelser viste, at den var 2.5 gange mere effektiv end en konventionel turbine med vertikal akse under de samme vindforhold.

Køletårn Opstrømsturbine

Dette design foreslår en ny konfiguration af en Darrieus vindmølle med lodret akse, orienteret vandret og placeret i toppen af ​​køletårne. Opstrømningen fra udstødningsluftstrømmen fra tårnet, i stedet for at blive spildt til atmosfæren, bruges til at drive turbinen.