Τύποι Ανεμομηχανών HAWT, VAWT και Άλλοι Διευθυνόμενοι

Η μεγάλη πλειοψηφία των Ανεμογεννήτριες που βλέπονται γύρω από την χώρα σε ανεμοπάρκετα (και επιχώρια και εξωτερικά) είναι κανονικοί σχεδιασμοί με 3 φούσκες. Ωστόσο, υπάρχουν διάφοροι τύποι/στυλ ανεμομηχανών και ο τρόπος με τον οποίο χρησιμοποιούν την κινητική ενέργεια από τον ανεμισμό είναι αρκετά διαφορετικός.

Οι δύο κύριοι τύποι ανεμομηχανών είναι οριζόντιοι άξονες και κατακόρυφοι άξονες. Ανεμομηχανές με οριζόντιο άξονα να έχουν τον άξονα περιστροφής κατευθυνόμενο οριζοντικά. Εμφανίζουν συνήθως 3 σκεπάσματα και σχεδιάζονται για να αντιμετωπίζουν τον ανέμο. Οι ανεμογεννήτριες με κατακόρυφο άξονα έχουν τον άξονα περιστροφής στοιχιζόμενο κατακόρυφα και σχεδιάζονται για να εκμεταλλεύονται την κινητική ενέργεια στην αντίθετη κατεύθυνση.

Εκτός από τις ανεμογεννήτριες με οριζόντιο και κατακόρυφο άξονα, υπάρχουν και άλλες εκδοχές της ανεμογεννήτριας που αξίζει να εξερευνηθούν.

Ο πιο κοινός τύπος ανεμογεννήτριας είναι η 'Οριζόντιος Άξονας Ανεμογεννήτρια'. Ονομάζεται οριζόντιος άξονας επειδή ο άξονας περιστροφής βρίσκεται οριζόντια (δείτε διάγραμμα, κάτω).

Οι ανεμογεννήτριες με οριζόντιο άξονα πρέπει να δείχνουν άμεσα στον ανεμό για να λειτουργούν με τη μέγιστη αποτελειωτικότητα, και όλο το κεφάλι σχεδιάζεται να στρέφεται για να μεταβάλλει προς τον ανεμό. Όπως ο ανεμός αλλάζει κατεύθυνση, το κεφάλι πρέπει να στρέφεται (ή 'yaw') για να παραμένει δεικτικό προς τον ανεμό.

Οι ανεμομύλοι με οριζόντιο άξονα επιλέγονται για ανεμοπάρκετα στην θάλασσα και σε ανεμοπάρκετα στην ηπειρωτική επιφάνεια όπου το έδαφος είναι κυρίως πιεστό και ανοιχτό, επειδή λειτουργούν πιο αποτελεσματικά από τους ανεμομύλους με κάθετο άξονα σε περιοχές όπου ο άνεμος δεν είναι δυσκολιάστικος.

Κατασκευασμένοι για μέγεθος

Ενώ υπάρχουν πολλοί μικροί ανεμομύλοι με οριζόντιο άξονα που είναι εμπορικά διαθέσιμοι για ενεργειακά συνειδητοποιημένα ιδιοκτήτες σπιτιών, μια από τις μεγάλες τους προβλέψεις είναι ότι κλιμακώνονται καλά για παραγωγή και μπορούν να κατασκευαστούν ΠΟΛΥ ΜΕΓΑΛΟΙ. Αυτή είναι μια άλλη λογαριασμός για τον οποίο χρησιμοποιούνται για ανεμοπάρκα. Είναι πολύ πιο οικονομικό να κατασκευαστεί και να λειτουργεί ένας άνεμος 10 μεγαβατ (MW) από πέντε 2 MW ανεμομύλους.

Ο μεγαλύτερος ανεμομύλος στον κόσμο (ως το καλοκαίρι του 2021) είναι ο Vestas V236 με ροπή εξαγωγής 15 μεγαβατ (MW). Έχει διάμετρο βλάδων 236m – περισσότερο από διπλάσιο το ύψος της Στατουής της Ελευθερίας! Ένα μόνο γύρο των βλάδων του θα παράγει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να εφοδιάσει ένα μέσο σπίτι για μια μέρα.

Ανεμογεννητές με κάθετο άξονα

Μια λιγότερο αποδοτική και λιγότερο συνηθισμένη τουρβίνα είναι η 'Κάθετη Αξονική Ανεμική Τουρβίνα'. Ονομάζεται κάθετης αξόνας, διότι ο περιστρεφόμενος άξονας είναι κάθετα προς τα πάνω.

Δεν είναι δυνατό να κτιστούν κάθετες άξονες τουρβίνες σε μεγάλες κλίμακες όπως βλέπουμε στις φάρμες οριζόντιων άξονων ανεμικών τουρβίνων. Η μεγαλύτερη ποτέ κατασκευασμένη κάθετης άξονας ανεμικής τουρβίνας ήταν η 110m υψηλή, 3.8MW «ÉOLE» τουρβίνα στο Κβιντέκ, Καναδά. Ωστόσο, η άξονας του ρότορα απέτυχε το 1993 υπό το βάρος 880 τόνων που έπρεπε να υποστηρίξει. Έχει είναι μη-λειτουργική από τότε, και τώρα είναι μια περιέργεια για τους τουρίστες. Είναι πολύ απίθανο κάποιος να προσπαθήσει να κατασκευάσει μια κάθετης άξονας τουρβίνα μεγαλύτερη από αυτή λόγω των μηχανικών προβλημάτων που συνδέονται με την άμεση υποστήριξη τέτοιων βαρών σε μια μόνη άξονα.

Κατασκευάστηκε για ευελιξία

Παρά το ότι είναι μικρότερα, το κύριο πλεονέκτημα των ανεμογεννητών με κάθετο άξονα σε σχέση με επιφανειακούς είναι ότι δεν χρειάζεται να γυρίζουν. Συλλέγουν ανεμική ενέργεια από όλες τις κατευθύνσεις όλη την ώρα. Εξαιτίας της σχεδίασης των φολιών τους, περιστρέφονται πάντα στην ίδια κατεύθυνση, ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του ανέμου.

Αυτό κάνει τους ανεμογεννητές με κάθετο άξονα καλύτερους στην απορρόφηση ανεμικής ενέργειας σε δάχτυλα πόλεων και σε περιοχές με ανάπτυξη, όπου ο ταραχώδης ανεμός αλλάζει κατεύθυνση όλη την ώρα.

Ανεμογεννητές με κάθετο άξονα απαιτούν λιγότερο χώρο από έναν ισοδύναμο επιφανειακό ανεμογεννητή και επιλέγονται συχνά για περιοχές όπου ο χώρος είναι περιορισμένος.

Διαφορετικοί τύποι VAWTs

Υπάρχουν δύο κύριες σχεδίες ανεμογεννητών με κάθετο άξονα, που ονομάζονται Savonius και Darrieus. Αυτές οι σχεδίες διαφέρουν σημαντικά στον τρόπο που συλλέγουν την ανεμική ενέργεια.

Savonius VAWTs

Τα ανεμομύλια κάθετης άξονας με σχήμα Savonius χρησιμοποιούν την αρχή της σύρριψης για να μετατρέπουν την ενέργεια του ανέμου σε μηχανική περιστροφική ενέργεια. Λειτουργούν όπως ένα κουτάλι, σχεδιασμένο να παγιδεύει τον ανεμό που μπαίνει στο ανεμομύλο, δημιουργώντας σύρριψη και έτσι αναγκάζοντάς το να περιστρέφεται (δείτε διάγραμμα, κάτω). Ανεξάρτητα από την κατεύθυνση από την οποία φέρεται ο άνεμος, θα χτυπάει πάντα και το μπροστά και το πίσω μέρος του κουταλιού – αλλά το στρογγυλό πίσω μέρος του κουταλιού δημιουργεί λιγότερη σύρριψη, επιτρέποντας έτσι στο ανεμομύλο να περιστρέφεται. Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι ένα ανεμομύλο κάθετης άξονας Savonius μπορεί να μετατρέψει το πολύ 15% της ενέργειας του ανέμου σε μηχανική περιστροφική ενέργεια.

Ανεμομύλα Darrieus VAWTs

Οι ανεμομύλοι άξονας Darrieus χρησιμοποιούν την αρχή της επίσημης για να μετατρέψουν την ενέργεια του ανέμου σε μηχανική περιστροφική ενέργεια, και είναι πιο αποδοτικοί από τους ανεμομύλους άξονας Savonius. Οι ανεμομύλοι άξονας Darrieus χρησιμοποιούν πτερύγια που έχουν μια διατομή σχηματιζόμενη όπως το φτερό ενός αεροπλάνου. Καθώς ο άνεμος περνάει πάνω από το πτερύγιο, ο αεροδυναμικός αποτέλεσμα δημιουργεί επίσημη, και αυτό είναι το που περιστρέφει τον ανεμομύλο (δείτε διάγραμμα, κάτω).

Τα αεροδυναμικά πτερύγια ενός ανεμομύλου Darrieus μπορούν να είναι είτε ευθεία, καμπυλοειδή, ή ελικοειδή σε μορφή (δείτε διάγραμμα, κάτω).

Αυτά είναι όλα ανεμομύλοι Darrieus – τα πτεράδια του περιστροφικού είναι όλα τα ίδια αεροδυναμικά που δημιουργούν επίσημη, αλλά σε διαφορετικές διατάξεις.

Η ελικοειδής διάταξη είναι ίσως η πιο ενδιαφέρουσα, αφού επιτρέπει ένα μεγαλύτερο αεροδυναμικό πτερύγιο να περιλαμβάνεται μέσα στην ίδια περιστροφική περιοχή όπως ένας ανεμομύλος με ευθεία πτεράδια, επομένως καταλαμβάνοντας περισσότερο από τον άνεμο και αυξάνοντας την αποδοτικότητα.

Άλλες σχεδίασεις ανεμομύλων

Ενώ η πλειοψηφία των ανεμογεννητριών περιέχεται σε αυτές τις δύο κύριες κατηγορίες (άξονας κάθετος και οριζόντιος), έχουν γίνει διάφορες πειραματικές σχεδιάσεις που μεταferουν από την κανονική διάταξη αυτών των δύο σχεδιασμών.

Το Ξύλο Ανέμου

Το ‘Ξύλο Ανέμου’ που κατασκευάστηκε από την εταιρεία New World Wind με βάση στο Παρίσι, βασίζεται σε έναν ανεμογεννητήρα με κάθετο άξονα Savonius, αλλά είναι νεοτερικό στο ότι χρησιμοποιεί πολλούς μικρούς ανεμογεννητριούς που διατάσσονται να φαίνονται όπως φύλλα σε ένα δέντρο για να δημιουργήσει μια κοσμητική μηχανή σε αστικό περιβάλλον.

Vortex Bladeless

Η Vortex Bladeless είναι μια ισπανική εταιρεία που έχει χρησιμοποιήσει εντελώς διαφορετική μέθοδο για την εξαγωγή κινητικής ενέργειας από τον ανεμό. Ο 'ανεμογεννητήρας' τους δεν μοιάζει καθόλου με έναν συνηθισμένο ανεμογεννητήρα, καθώς δεν περιστρέφεται.

Το σύστημα Vortex Bladeless χρησιμοποιεί ένα υψηλό, κολονάκι μορφής κατωτής, το οποίο αντλά ενέργεια από τον ανεμό με μια τεχνική που ονομάζεται αειφόρος διαστηματική αποταραχώσεις. Όπως ο ανεμός περνάει δίπλα στο κολονάκι, προκαλεί ατμοσφαιρική ατμοσφαίρα πίσω από αυτό, που κάνει το κολονάκι να ανακινείται ή να 'σαλεύεται' προς τα μπροστά και πίσω, και είναι αυτή η μηχανική ενέργεια που κινεί ένα γραμμικό εναλλακτικό, παράγοντας έτσι ένα ηλεκτρικό ρεύμα.

Επειδή δεν έχουν περιστρεφόμενα κοπάνια, αυτός ο τύπος παραγωγής ανεμικής ενέργειας δεν αποτελεί κίνδυνο για τα μεταναστευτικά πτηνά ή την άλλη ζωή στη φύση.

Ανεμοστροβίλια Ενεργοποιημένα από Αυτοκίνητα

Ένας αριθμός εταιρειών έχει ξεκινήσει να αναπτύσσει μικροδιάσταση ανεμοστροβίλια που μπορούν να τοποθετηθούν στην κεντρική διαχωριστική των εθνικών οδών και αυτοπιστών. Αντί να κινείται από 'φυσικό' ανεμό, είναι η ατμοσφαίρα που προκαλείται από τη συνεχή ροή οχημάτων που περνάνε με υψηλή ταχύτητα που περιστρέφει αυτά τα ανεμοστροβίλια. Έτσι, ενώ εξακολουθούν να είναι συνηθισμένα κατακόρυφα ανεμοστροβίλια, είναι η κατάσταση στην οποία εφαρμόζονται που είναι νέα.

Ανεμομηχανή με διασταυρωτικό άξονα (CAWT)

Η ανεμομηχανή με διασταυρωτικό άξονα είναι μια πειραματική σχεδίαση κάθετου άξονα που χρησιμοποιεί και οριζόντια και κάθετα φύλλα ανεμομηχανής σε μια νέα διασταυρωτική διάταξη. Με τρία κάθετα φύλλα και έξι οριζόντια φύλλα, μπορεί να ανακτήσει ενέργεια ανέμου που έρχεται από και τις δύο κατευθύνσεις, οριζόντια και κάθετα. Μελέτες βρήκαν ότι ήταν 2,5 φορές πιο αποτελεσματική από μια συνηθισμένη ανεμομηχανή κάθετου άξονα στις ίδιες συνθήκες ανέμου.

Ανεμομηχανή Ανεμούπδραφτ Ψυγείων Πύργων

Αυτό το σχέδιο προτείνει μια νέα διάταξη μιας ανεμομηχανής Darrieus κάθετου άξονα, που είναι προσαρμοσμένη οριζόντια και τοποθετείται στην κορυφή των ψυγείων πύργων. Η ανεμούπδραφτα από τον ροή του εξαεριστικού αέρα από τον πύργο, που άλλωστε χάνεται στην ατμόσφαιρα, χρησιμοποιείται για να οδηγήσει την ανεμομηχανή.