Jenis-Jenis Turbin Angin HAWT, VAWT dan Lain-Lain Dijelaskan

Kebanyakan turbina Angin dapat dilihat di seluruh daerah di ladang angin (baik di darat maupun di laut) adalah reka bentuk piawai 3 bilah. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa gaya/tipikal turbin yang berbeza dan cara mereka memanfaatkan tenaga kinetik dari angin adalah sangat berbeza.

Dua jenis utama turbin angin adalah paaksi mengufuk dan paaksi mencancang. Turbin angin paaksi mengufuk memiliki paksi putaran yang terorientasikan secara mengufuk. Mereka biasanya ciri-ciri 3-bilah dan direka untuk menghadap kepada angin. Turbin angin paaksi mencancang mempunyai paksi putaran yang sejajar mencancang dan direka untuk memanfaatkan tenaga kinetik dalam arah bertentangan.

Selain daripada turbin angin paaksi mengufuk dan paaksi mencancang, terdapat iterasi lain turbin yang layak diteliti.

Jenis turbin angin yang paling umum adalah 'Turbin Angin Paksi Mengufuk'. Ia dirujuk sebagai paksi mengufuk kerana paksi putaran terletak secara mengufuk (lihat rajah, di bawah).

Turbine angin paksi mengufuk perlu menunjuk tepat ke arah angin untuk beroperasi pada kecekapan maksimum, dan keseluruhan kepala dirancang untuk berputar menghadap angin. Apabila arah angin berubah, maka kepala mesti berputar (atau 'yaw') untuk kekal menunjuk ke arah angin.

Turbine angin paksi mengufuk dipilih untuk ladang angin pantai dan ladang angin daratan di mana tanahnya kebanyakannya rata dan terbuka, kerana ia berfungsi lebih cekap berbanding turbine paksi mencancang di kawasan di mana angin tidak turbulen.

Dibina untuk Saiz

Walaupun terdapat banyak turbin angin paksi mengufuk skala kecil yang dijual secara komersial untuk pemilik rumah yang sedar tenaga, salah satu kelebihan besar mereka adalah mereka boleh diskala dengan baik untuk pengeluaran dan boleh dibina SANGAT BESAR. Ini adalah sebab lain mengapa mereka digunakan dalam ladang angin. Ia jauh lebih kos cekap untuk membina dan mengendalikan satu turbin 10 megawatt (MW) berbanding lima turbin 2 MW.

Turbin angin terbesar di dunia (pada musim panas 2021) adalah turbin Vestas V236, dengan keluaran kuasa terbitan 15 megawatt (MW). Ia mempunyai diameter rotor palang sebanyak 236m – lebih dua kali tinggi Statu Liberty! Satu putaran tunggal palang-palangnya akan menyediakan cukup elektrik untuk menjalankan sebuah rumah tangga purata untuk satu hari.

Turbin angin paksi vertikal

Sejenis turbin yang kurang cekap dan kurang biasa adalah 'Turbin Angin Paksi Menegak'. Ia dirujuk sebagai paksi menegak kerana paksi putaran diluruskan menegak ke atas.

Tidak mungkin membangun turbin paksi mencancang pada skala besar seperti yang kita lihat di ladang angin turbin paksi mengufuk. Turbin angin paksi mencancang terbesar yang pernah dibina adalah turbin "ÉOLE" setinggi 110 meter dengan keupayaan 3.8MW di Quebec, Kanada. Walau bagaimanapun, penyangga rotor gagal pada tahun 1993 di bawah berat 880 tan yang perlu didukungnya. Ia telah tidak beroperasi sejak itu, dan kini menjadi satu keanehan untuk pelancong. Ia sangat tidak mungkin sesiapa pun akan cuba membina turbin paksi mencancang lebih besar daripada ini kerana masalah kejuruteraan berkaitan dengan menyokong langsung berat begitu besar pada satu penyangga.

Dibina untuk Fleksibiliti

Walaupun lebih kecil, kelebihan utama turbin angin paksi mencancang berbanding paksi mengufuk adalah mereka tidak perlu memutar (yaw). Mereka mengumpul tenaga angin dari semua arah setiap masa. Disebabkan cara bilah-bilah direka bentuk, mereka sentiasa berputar dalam arah yang sama, tidak kira dari mana angin bertiup.

Ini menjadikan turbin angin paksi vertikal lebih baik dalam menangkap tenaga angin di atas atap bandar dan kawasan berpembinaan di mana angin turbulen sentiasa menukar arah.

Turbin angin paksi vertikal mengambil ruang yang lebih kecil berbanding turbin paksi horizantal setara kuasa, dan kerap dipilih untuk kawasan di mana ruang terhad.

Jenis-jenis VAWT yang Berbeza

Terdapat dua reka bentuk utama turbin angin paksi vertikal, iaitu Savonius dan Darrieus. Reka bentuk ini cukup berbeza dalam cara mereka menangkap tenaga angin.

VAWT Savonius

Turbun angin paksi mencancang gaya Savonius menggunakan prinsip hambatan untuk menukarkan tenaga angin kepada tenaga putaran mekanikal. Ia berfungsi seperti satu sudu, dibentuk untuk menangkap angin yang memasuki turbin, mencipta hambatan dan dengan itu memaksa ia berputar (lihat rajah, di bawah). Tidak kira dari arah manakah angin datang, ia sentiasa akan mengenai kedua-dua bahagian hadapan dan belakang sudu – tetapi bahagian belakang sudu yang melengkung mencipta kurang hambatan, dengan itu membolehkan turbin berputar. Walau bagaimanapun, ini bermaksud bahawa satu turbin angin paksi mencancang Savonius hanya boleh menukar selebihnya 15% daripada tenaga angin kepada tenaga putaran mekanikal.

Darrieus VAWTs

Turbina angin paksi vertikal Darrieus menggunakan prinsip angkat untuk menukar tenaga angin kepada tenaga putaran mekanikal, dan lebih cekap berbanding turbina paksi vertikal gaya Savonius. Turbina angin paksi vertikal Darrieus menggunakan bilah yang mempunyai keratan rentas berbentuk seperti sayap kapal terbang. Apabila angin melalui bilah, kesan aerofoil mencipta angkat, dan inilah yang memutar turbin (lihat rajah, di bawah).

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

Ini semua adalah turbin Darrieus – bilah rotor semuanya adalah aerofoil yang sama yang mencipta angkat, tetapi dalam konfigurasi yang berbeza.

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

Reka Bentuk Turbin Lain

Manakala majoriti turbin angin tergolong dalam dua kategori utama ini (paksi mencancang dan paksi mengufuk), terdapat pelbagai reka bentuk eksperimen yang menjauhi konfigurasi biasa kedua-dua reka bentuk ini.

Pokok Angin

‘Pokok Angin’ yang dibina oleh syarikat New World Wind berasaskan di Paris, adalah berdasarkan turbin angin paksi mencancang Savonius, tetapi ia adalah baharu kerana ia menggunakan banyak turbin kecil yang disusun untuk kelihatan seperti daun pada pokok untuk ciri bandar dekoratif.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless adalah sebuah syarikat Sepanyol yang telah memanfaatkan kaedah yang sepenuhnya berbeza untuk mengekstrak tenaga kinetik daripada angin. ‘Turbine’ mereka tidak kelihatan seperti turbine tradisional sama sekali, kerana ia tidak putar.

Sistem Vortex Bladeless menggunakan tiang berbentuk tiang tinggi, yang mengekstrak tenaga daripada angin dengan teknik yang dipanggil resonan terbitan vortex. Apabila angin melalui tiang tersebut, ia menyebabkan keganasan di belakangnya, yang menyebabkan tiang itu bergeluncang atau 'bergetar' ke hadapan dan ke belakang, dan inilah tenaga mekanikal yang memacu sebuah penjana linear, dengan itu menghasilkan arus elektrik.

Kerana tidak mempunyai bilah putaran, gaya penjana angin ini tidak membawa bahaya kepada burung migrasi atau haiwan liar.

Penjana Berkuasa Kenderaan

Beberapa syarikat telah mula membangunkan turbin paksi mencancang skala kecil yang boleh diletakkan di ruang tengah lebuhraya dan jalan raya. Sebaliknya dipacu oleh 'angin semulajadi', iaitu keganasan yang disebabkan oleh aliran kenderaan yang sentiasa melintas pada kelajuan tinggi yang memutar turbin ini. Jadi, walaupun mereka masih merupakan turbin angin paksi mencancang konvensional, adalah situasi yang mereka diterapkan yang baru.

Turbun angin paksi rentas (CAWT)

Turbun angin paksi rentas adalah reka bentuk eksperimen turbin paksi menegak yang menggunakan kedua-dua bilah turbin mengufuk dan menegak dalam konfigurasi saling berhubung baru. Dengan tiga bilah menegak dan enam bilah mengufuk, ia boleh menangkap tenaga angin dari kedua-dua arah mengufuk dan menegak. Kajian mendapati bahawa ia 2.5 kali lebih cekap berbanding turbin paksi menegak konvensional dalam keadaan angin yang sama.

Turbin Hembusan Menara Penyejuk

Reka bentuk ini mencadangkan konfigurasi baru bagi turbin paksi menegak Darrieus, yang terpaskan mengufuk dan terletak di atas menara penyejuk. Hembusan aliran udara keluaran daripada menara, bukannya terbuang ke atmosfera, digunakan untuk memacu turbin.