HAWT, VAWT жел турбиналарының түрлері және басқалары түсіндіріледі

Көпшілігі жел турбиналары округтің айналасында жел электр станцияларында (жағада да, теңізде де) көрінетін стандартты 3 қалақ дизайны болып табылады. Дегенмен, турбиналардың әртүрлі стильдері/түрлері бар және олардың желден кинетикалық энергияны пайдалану тәсілі мүлдем басқаша.

Жел турбиналарының екі негізгі түрі: көлденең ось және тік ось. Көлденең осьті жел турбиналары айналу осін көлденең бағыттаңыз. Олар әдетте 3 пышақпен жабдықталған және желге қарсы тұруға арналған. Тік осьті жел турбиналарының айналу осі тігінен тураланған және кинетикалық энергияны қарама-қарсы бағытта пайдалануға арналған.

Көлденең ось пен тік осьті жел турбиналарынан басқа турбинаның зерттеуге тұрарлық басқа итерациялары бар.

Жел турбинасының ең көп тараған түрі «Көлденең осьті жел турбинасы» болып табылады. Ол көлденең ось деп аталады, өйткені айналмалы ось көлденең орналасқан (төмендегі диаграмманы қараңыз)

Көлденең осьтік жел турбиналары максималды тиімділікпен жұмыс істеу үшін тікелей желге бағытталуы керек, ал бүкіл басы желге қарай бұрылатын етіп жасалған. Жел бағыты өзгерген сайын, желге бағытталған күйде қалу үшін басы бұрылуы керек (немесе «айнуы»).

Көлденең осьті жел турбиналары теңіздегі жел станциялары мен жері негізінен тегіс және ашық болатын жағалаудағы жел станциялары үшін таңдалады, өйткені олар жел турбулентті емес жерлерде тік осьті турбиналарға қарағанда тиімдірек жұмыс істейді.

Көлемі үшін салынған

Энергияны қажет ететін үй иелері үшін коммерциялық қол жетімді шағын көлемді көлденең осьті жел турбиналары көп болғанымен, олардың үлкен артықшылықтарының бірі - олар өндіру үшін жақсы масштабталады және өте үлкен салынуы мүмкін. Бұл олардың жел электр станциялары үшін пайдаланылуының тағы бір себебі. 10 МВт бес турбинаға қарағанда 2 мегаватт (МВт) бір турбинаны салу және пайдалану әлдеқайда тиімдірек.

Әлемдегі ең үлкен жел турбинасы (2021 жылдың жазындағы жағдай бойынша) номиналды қуаты 236 мегаватт (МВт) болатын Vestas V15 турбинасы болып табылады. Оның жүзінің роторының диаметрі 236 м, бұл Бостандық мүсінінің биіктігінен екі есе артық! Оның қалақтарының бір рет айналуы орташа үй шаруашылығын бір тәулікте жұмыс істеуге жеткілікті электр қуатын береді.

Тік осьті жел турбиналары

Тиімділігі аз және аз таралған турбина – «Тік осьті жел турбинасы» . Оны тік ось деп атайды, өйткені айналмалы ось тігінен жоғары қарай тураланады.

Көлденең осьтік турбиналық жел электр станцияларында көретін үлкен масштабта тік осьтік турбиналарды салу мүмкін емес. Ең үлкен тік осьті жел турбинасы Квебектегі (Канада) биіктігі 110 м, 3.8 МВт «ÉOLE» турбинасы болды. Алайда ротордың мойынтіректері 1993 жылы 880 тонналық салмақта істен шықты. Содан бері ол жұмыс істемеді және қазір туристердің қызығушылығына айналды. Бір мойынтіректегі ауыр салмақты тікелей көтеруге байланысты инженерлік мәселелерге байланысты ешкімнің бұдан үлкен тік осьтік турбинаны салуға тырысуы екіталай.

Икемділік үшін жасалған

Кішірек болғанымен, тік осьті жел турбиналарының көлденең оське қарағанда басты артықшылығы - олар иілудің қажеті жоқ. Олар жел энергиясын барлық уақытта барлық бағытта жинайды. Пышақтар құрастырылғандықтан, жел қай жақтан соқса да, олар әрқашан бір бағытта айналады.

Бұл тік осьті жел турбиналарын қала төбесінде және турбулентті жел үнемі бағытын өзгертетін аумақтардағы жел энергиясын жақсырақ түсіреді.

Тік осьті жел турбиналары Көлденең осьтік турбина эквивалентті қуатқа қарағанда аз орын алады және жиі кеңістік шектеулі аймақтар үшін таңдалады.

VAWT әртүрлі түрлері

Савониус және Дарри деп аталатын тік осьті жел турбиналарының екі негізгі конструкциясы бар. Бұл конструкциялар жел энергиясын алу тәсілімен біршама ерекшеленеді.

Savonius VAWTs

Савониус стиліндегі тік осьті жел турбиналары жел энергиясын механикалық айналу энергиясына түрлендіру үшін кедергі принципін пайдаланады. Олар турбинаға кіретін желді ұстап тұру үшін пішінделген шелек сияқты жұмыс істейді, кедергі жасайды және осылайша оны айналуға мәжбүр етеді (төмендегі диаграмманы қараңыз). Жел қай бағытта соқса да, ол әрқашан шөміштің алдыңғы және артқы жағына соғылады, бірақ шелектің дөңгелектелген артқы жағы сүйреуді азайтады, осылайша турбинаның айналуына мүмкіндік береді. Дегенмен, бұл Savonius тік осьті жел турбинасы жел энергиясының ең жақсы дегенде 15% механикалық айналу энергиясына айналдыра алатынын білдіреді.

Дарри ВАВТ

Дарри тік осьті жел турбиналары жел энергиясын механикалық айналмалы энергияға түрлендіру үшін көтеру принципін пайдаланады және Савониус стиліндегі тік осьті турбиналарға қарағанда тиімдірек. Дарри тік осьті жел турбиналары ұшақтың қанаты тәрізді көлденең қимасы бар қалақтарды пайдаланады. Жел қалақшаның үстінен өткенде, аэрофиль эффектісі көтеру күшін тудырады және бұл турбинаны айналдырады (төмендегі диаграмманы қараңыз).

Дарри турбинасының аэрофильді қалақтары түзу, қисық немесе бұрандалы болуы мүмкін (төмендегі диаграмманы қараңыз).

Бұлардың барлығы Darrieus турбиналары – ротор қалақтарының барлығы бірдей көтеруді жасайтын аэрофольдер, бірақ әртүрлі конфигурацияларда.

Бұрандалы конфигурация, бәлкім, ең қызықтысы, өйткені ол ұзағырақ аэрофильді қалақшаны тура қалақты турбина сияқты бір айналу аймағында ұстауға мүмкіндік береді, осылайша желді көбірек басып, тиімділікті арттырады. 

Басқа турбиналық конструкциялар

Жел турбиналарының көпшілігі осы екі негізгі санатқа (тік ось және көлденең ось) жататынымен, осы екі конструкцияның қалыпты конфигурациясынан алшақтайтын әртүрлі тәжірибелік конструкциялар болды.

Жел ағашы

Парижде орналасқан New World Wind компаниясы салған «Жел ағашы» Savonius тік осьті жел турбинасына негізделген, бірақ ол қаланың сәндік ерекшелігін жасау үшін ағаш жапырақтарына ұқсайтын көптеген шағын турбиналарды пайдаланатындығымен ерекшеленеді. .

Құйынды Жүзсіз

Vortex Bladeless - желден кинетикалық энергия алудың мүлде басқа әдісін пайдаланған испандық компания. Олардың «турбинасы» кәдімгі турбинаға мүлдем ұқсамайды, өйткені ол айналмайды.

Vortex Bladeless жүйесі құйын тудыратын резонанс деп аталатын әдісті пайдаланып желден энергия алатын биік, тірек тәрізді діңгекті пайдаланады. Жел бағанадан өтіп бара жатқанда, оның артында турбуленттілік тудырады, бұл бағананың алға-артқа тербелуіне немесе «дірілдеуіне» әкеледі және дәл осы механикалық энергия сызықтық генераторды басқарады, осылайша электр тогын тудырады.

Олардың айналмалы қалақтары болмағандықтан, жел генераторының бұл стилі қоныс аударатын құстарға немесе жабайы табиғатқа қауіп төндірмейді.

Көлікпен жұмыс істейтін турбиналар

Бірқатар компаниялар магистральдар мен магистральдардың орталық резервіне орналастыруға болатын шағын ауқымды тік осьті жел қондырғыларын әзірлеуге кірісті. «Табиғи» желмен қозғалудың орнына, бұл турбиналарды айналдыратын жоғары жылдамдықпен өтетін көліктердің тұрақты ағынынан туындаған турбуленттілік. Сонымен, олар әлі де кәдімгі тік осьті жел турбиналары болғанымен, олар қолданылып жатқан жағдай жаңа.

Көлденең осьтік жел турбинасы (CAWT)

Көлденең осьтік жел турбинасы - көлденең және тік турбиналық қалақтарды жаңа көлденең байланысқан конфигурацияда пайдаланатын тәжірибелік тік осьтік турбинаның дизайны. Үш тік қалақпен және алты көлденең қалақпен ол көлденең және тік бағыттағы жел энергиясын тарта алады. Зерттеулер оның бірдей жел жағдайында кәдімгі тік осьті турбинаға қарағанда 2.5 есе тиімді екенін анықтады.

Салқындату мұнарасының көтерілу турбинасы

Бұл дизайн көлденең бағытталған және салқындату мұнараларының жоғарғы жағында орналасқан Дарри вертикальды осьті жел турбинасының жаңа конфигурациясын ұсынады. Мұнарадан шығатын ауа ағынының жоғары ағыны атмосфераға ысырап емес, турбинаны басқару үшін пайдаланылады.