Jenis Turbin Angin HAWT, VAWT dan Banyak Lagi Diterangkan

Majoriti Turbin angin dilihat di sekitar daerah di ladang angin (kedua-dua di pantai dan di luar pantai) adalah reka bentuk standard 3 bilah. Walau bagaimanapun, beberapa gaya/jenis turbin yang berbeza wujud dan cara ia memanfaatkan tenaga kinetik daripada angin adalah agak berbeza.

Dua jenis utama turbin angin ialah paksi mendatar dan paksi menegak. Turbin angin paksi mendatar mempunyai paksi berputar berorientasikan secara mendatar. Ia biasanya mempunyai 3 bilah dan direka bentuk untuk berhadapan dengan angin. Turbin angin paksi menegak mempunyai paksi berputar yang dijajarkan secara menegak dan direka bentuk untuk memanfaatkan tenaga kinetik dalam arah yang bertentangan.

Selain daripada turbin angin paksi mendatar dan paksi menegak terdapat lelaran turbin lain yang patut diterokai.

Jenis turbin angin yang paling biasa ialah 'Turbin Angin Paksi Mendatar' . Ia dirujuk sebagai paksi mendatar kerana paksi berputar terletak secara mendatar (lihat rajah, di bawah)

Turbin angin paksi mendatar perlu menghala terus ke arah angin untuk beroperasi pada kecekapan maksimum, dan keseluruhan kepala direka bentuk untuk berpusing menghadap angin. Apabila angin bertukar arah, maka kepala mesti pusing (atau 'menguap') untuk terus menghala ke arah angin.

Turbin angin paksi mendatar dipilih untuk ladang angin luar pantai dan ladang angin di pantai di mana tanahnya rata dan terbuka, kerana ia berfungsi dengan lebih cekap daripada turbin paksi menegak di kawasan yang anginnya tidak bergelora.

Dibina untuk Saiz

Walaupun terdapat banyak turbin angin paksi mendatar berskala kecil yang tersedia secara komersil untuk pemilik rumah yang mementingkan tenaga, salah satu kelebihan besar mereka ialah ia berskala dengan baik untuk pembuatan dan boleh dibina SANGAT BESAR. Ini adalah satu lagi sebab mengapa ia digunakan untuk ladang angin. Ia jauh lebih berkesan kos untuk membina dan mengendalikan satu turbin 10 megawatt (MW) daripada lima turbin 2 MW.

Turbin angin terbesar di dunia (sehingga Musim Panas 2021) ialah turbin Vestas V236, dengan output kuasa berkadar 15 megawatt (MW). Ia mempunyai diameter pemutar bilah 236m – lebih dua kali ganda ketinggian Patung Liberty! Satu putaran bilahnya akan membekalkan tenaga elektrik yang mencukupi untuk menjalankan purata isi rumah selama sehari.

Turbin Angin Paksi Menegak

Turbin yang kurang cekap dan kurang biasa ialah 'Vertical Axis Wind Turbine' . Ia dirujuk sebagai paksi menegak kerana paksi berputar dijajarkan secara menegak ke atas.

Tidak mungkin untuk membina turbin paksi menegak pada skala besar yang kita lihat dalam ladang angin turbin paksi mendatar. Turbin angin paksi menegak terbesar yang pernah dibina ialah turbin "ÉOLE" setinggi 110m, 3.8MW di Quebec, Kanada. Walau bagaimanapun galas rotor gagal pada tahun 1993 di bawah berat 880 tan yang perlu disangganya. Ia tidak beroperasi sejak itu, dan kini menjadi perhatian pelancong. Sangat tidak mungkin sesiapa akan cuba membina turbin paksi menegak yang lebih besar daripada ini kerana masalah kejuruteraan yang berkaitan dengan secara langsung menyokong pemberat berat tersebut pada satu galas.

Dibina untuk Fleksibiliti

Walaupun lebih kecil, kelebihan utama turbin angin paksi menegak berbanding paksi mendatar ialah mereka tidak perlu menguap. Mereka mengumpul tenaga angin dari semua arah sepanjang masa. Kerana cara bilah direka, ia sentiasa berputar pada arah yang sama, tidak kira dari mana datangnya angin.

Ini menjadikan turbin angin paksi menegak lebih baik dalam menangkap tenaga angin di atas bumbung bandar dan membina kawasan di mana angin bergelora berubah arah sepanjang masa.

Turbin angin paksi menegak mengambil ruang kurang daripada kuasa yang setara Turbin paksi mendatar, dan sering dipilih untuk kawasan yang ruang terhad.

Pelbagai Jenis VAWT

Terdapat dua reka bentuk utama turbin angin paksi menegak, dipanggil Savonius dan Darrieus. Reka bentuk ini agak berbeza dalam cara mereka menangkap tenaga angin.

Savonius VAWTs

Turbin angin paksi menegak gaya Savonius menggunakan prinsip seret untuk menukar tenaga angin kepada tenaga putaran mekanikal. Ia berfungsi seperti sudu, dibentuk untuk memerangkap angin memasuki turbin, mencipta seretan dan dengan itu memaksanya berputar (lihat rajah, di bawah). Tidak kira dari arah mana angin datang, ia akan sentiasa mengenai bahagian hadapan dan belakang sudu – tetapi bahagian belakang bulat sudu menghasilkan kurang seretan, sekali gus membolehkan turbin berputar. Walau bagaimanapun, ini bermakna bahawa turbin angin paksi menegak Savonius hanya boleh menukar 15% tenaga angin yang terbaik kepada tenaga putaran mekanikal.

Darrieus VAWTs

Turbin angin paksi menegak Darrieus menggunakan prinsip lif untuk menukar tenaga angin kepada tenaga putaran mekanikal, dan lebih cekap daripada turbin paksi menegak gaya Savonius. Turbin angin paksi menegak Darrieus menggunakan bilah yang mempunyai keratan rentas berbentuk sayap kapal terbang. Apabila angin melepasi bilah, kesan aerofoil mencipta daya angkat, dan inilah yang memutarkan turbin (lihat rajah, di bawah).

Bilah aerofoil turbin Darrieus boleh sama ada berbentuk lurus, melengkung atau heliks (lihat rajah, di bawah).

Ini semua adalah turbin Darrieus - bilah pemutar semuanya adalah aerofoil pencipta angkat yang sama, tetapi dalam konfigurasi yang berbeza.

Konfigurasi heliks mungkin yang paling menarik, kerana ia membolehkan bilah aerofoil yang lebih panjang terkandung dalam kawasan putaran yang sama dengan turbin bilah lurus, dengan itu menangkap lebih banyak angin dan meningkatkan kecekapan. 

Reka Bentuk Turbin Lain

Walaupun majoriti turbin angin berada di bawah dua kategori utama ini (paksi menegak dan paksi mendatar) terdapat pelbagai reka bentuk eksperimen yang beralih daripada konfigurasi biasa kedua-dua reka bentuk ini.

Pokok Angin

'Pokok Angin' yang dibina oleh syarikat New World Wind yang berpangkalan di Paris, adalah berdasarkan turbin angin paksi menegak Savonius, tetapi ia adalah novel kerana ia menggunakan banyak turbin kecil yang disusun supaya kelihatan seperti daun pada pokok untuk membuat ciri bandar hiasan .

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless ialah syarikat Sepanyol yang telah menggunakan kaedah yang sama sekali berbeza untuk mengekstrak tenaga kinetik daripada angin. "turbin" mereka tidak kelihatan seperti turbin konvensional sama sekali, kerana ia tidak berputar.

Sistem Vortex Bladeless menggunakan tiang tinggi berbentuk tiang, yang mengekstrak tenaga daripada angin menggunakan teknik yang dipanggil resonans akibat pusaran. Apabila angin melepasi tiang, ia menyebabkan pergolakan di belakangnya, yang menyebabkan tiang berayun atau 'bergetar' ke depan dan ke belakang, dan tenaga mekanikal inilah yang memacu alternator linear, lantas menghasilkan arus elektrik.

Memandangkan mereka tidak mempunyai bilah berputar, gaya penjana angin ini tidak mendatangkan bahaya kepada burung atau hidupan liar yang berpindah.

Turbin Dikuasakan Kenderaan

Beberapa syarikat telah mula membangunkan turbin angin paksi menegak berskala kecil yang boleh diletakkan di pusat tempahan lebuh raya dan lebuh raya. Daripada didorong oleh angin 'semula jadi', ia adalah pergolakan yang disebabkan oleh aliran berterusan kenderaan yang lalu dengan kelajuan tinggi yang memutarkan turbin ini. Jadi, walaupun ia masih turbin angin paksi menegak konvensional, situasi yang digunakan untuknya adalah baru.

Turbin angin paksi silang (CAWT)

Turbin angin paksi silang ialah reka bentuk turbin paksi menegak eksperimen yang menggunakan kedua-dua bilah turbin mendatar dan menegak dalam konfigurasi pautan silang yang baru. Dengan tiga bilah menegak dan enam bilah mendatar, ia boleh menangkap tenaga angin yang datang dari kedua-dua arah mendatar dan menegak. Kajian mendapati ia adalah 2.5 kali lebih cekap daripada turbin paksi menegak konvensional dalam keadaan angin yang sama.

Turbin Penaik Menara Penyejuk

Reka bentuk ini mencadangkan konfigurasi baru bagi turbin angin paksi menegak Darrieus, berorientasikan mendatar dan terletak di bahagian atas menara penyejuk. Draf naik dari aliran udara ekzos dari menara, dan bukannya dibazirkan ke atmosfera, digunakan untuk memacu turbin.