Tipuri de turbine eoliene HAWT, VAWT și mai multe explicate
Marea majoritate a turbine eoliene văzute în jurul județului în parcuri eoliene (atât on-shore, cât și offshore) sunt modele standard cu 3 pale. Cu toate acestea, există o serie de stiluri/tipuri diferite de turbine și modul în care acestea valorifică energia cinetică din vânt este destul de diferit.
Cele două tipuri principale de turbine eoliene sunt cu axă orizontală și pe axă verticală. Turbine eoliene cu ax orizontal au axa de rotație orientată orizontal. Acestea au, de obicei, 3 lame și sunt proiectate pentru a face față vântului. Turbinele eoliene cu axă verticală au axa de rotație aliniată vertical și sunt proiectate pentru a valorifica energia cinetică în direcția opusă.
În afară de turbinele eoliene pe axa orizontală și pe axa verticală, există și alte iterații ale turbinei care merită explorate.
Cel mai comun tip de turbină eoliană este „Turbina eoliană cu axă orizontală”. Este denumită o axă orizontală, deoarece axa de rotație se află pe orizontală (vezi diagrama de mai jos)
Turbinele eoliene cu axă orizontală trebuie să îndrepte direct în vânt pentru a funcționa cu eficiență maximă, iar întregul cap este proiectat să se întoarcă în fața vântului. Pe măsură ce vântul își schimbă direcția, așadar capul trebuie să se întoarcă (sau să „ghice”) pentru a rămâne îndreptat spre vânt.
Turbinele eoliene cu ax orizontal sunt alese pentru parcurile eoliene off-shore și parcurile eoliene on-shore unde terenul este în mare parte plat și deschis, deoarece funcționează mai eficient decât turbinele cu ax vertical în zonele în care vântul nu este turbulent.
Construit pentru dimensiune
Deși există o mulțime de turbine eoliene cu axă orizontală la scară mică disponibile în comerț pentru proprietarii de locuințe conștienți de energie, unul dintre marile lor avantaje este că se scalează bine pentru fabricație și pot fi construite FOARTE MARI. Acesta este un alt motiv pentru care sunt folosite pentru parcuri eoliene. Este mult mai rentabil să construiești și să exploatezi o turbină de 10 megawați (MW) decât cinci turbine de 2 MW.
Cea mai mare turbină eoliană din lume (din vara anului 2021) este turbina Vestas V236, cu o putere nominală de 15 megawați (MW). Are un diametru al rotorului cu palete de 236 m – de peste două ori înălțimea Statuii Libertății! O singură rotație a lamelor sale va furniza suficientă energie electrică pentru a conduce o gospodărie medie timp de o zi.
Turbine eoliene cu axă verticală
O turbină mai puțin eficientă și mai puțin obișnuită este „Turbina eoliană cu axă verticală”. Este denumită axă verticală, deoarece axa de rotație este aliniată vertical în sus.
Nu este posibil să se construiască turbine cu axă verticală la scara mare pe care o vedem în parcurile eoliene cu turbine cu ax orizontal. Cea mai mare turbină eoliană cu axă verticală construită vreodată a fost turbina „ÉOLE” de 110 m înălțime și 3.8 MW din Quebec, Canada. Cu toate acestea, rulmentul rotorului a eșuat în 1993 sub greutatea de 880 de tone pe care trebuia să o suporte. De atunci a fost nefuncțională, iar acum este o curiozitate pentru turiști. Este foarte puțin probabil ca cineva să încerce să construiască o turbină cu axă verticală mai mare decât aceasta din cauza problemelor de inginerie asociate cu suportarea directă a unor astfel de greutăți mari pe un singur rulment.
Construit pentru flexibilitate
Deși mai mici, principalul avantaj pe care îl au turbinele eoliene cu axă verticală față de axa orizontală este că nu trebuie să se rotească. Ei colectează energie eoliană din toate direcțiile tot timpul. Datorită modului în care sunt proiectate paletele, acestea se rotesc întotdeauna în aceeași direcție, indiferent de unde vine vântul.
Acest lucru face ca turbinele eoliene cu axă verticală să capteze mai bine energia eoliană pe acoperișurile orașelor și în zonele construite în care vântul turbulent își schimbă direcția tot timpul.
Turbine eoliene cu axă verticală ocupă mai puțin spațiu decât o turbină cu axă orizontală de putere echivalentă și sunt adesea alese pentru zonele în care spațiul este limitat.
Diferite tipuri de VAWT
Există două modele principale de turbine eoliene cu axă verticală, numite Savonius și Darrieus. Aceste modele sunt destul de diferite în modul în care captează energia eoliană.
Savonius VAWTs
Turbinele eoliene cu axă verticală în stil Savonius folosesc principiul rezistenței pentru a converti energia eoliană în energie mecanică de rotație. Ele funcționează ca o linguriță, formate pentru a capta vântul care intră în turbină, creând rezistență și forțând astfel să se rotească (vezi diagrama de mai jos). Indiferent de direcția din care vine vântul, acesta va lovi întotdeauna atât partea din față, cât și din spate a scoopului – dar partea din spate rotunjită a lingurii creează mai puțină rezistență, permițând astfel turbinei să se rotească. Cu toate acestea, aceasta înseamnă că o turbină eoliană cu axă verticală Savonius poate converti doar cel mai bine 15% din energia eoliană în energie mecanică de rotație.
Darrieus VAWTs
Turbinele eoliene cu axă verticală Darrieus folosesc principiul liftului pentru a converti energia eoliană în energie mecanică de rotație și sunt mai eficiente decât turbinele cu axă verticală în stil Savonius. Turbinele eoliene cu axă verticală Darrieus folosesc pale care au o secțiune transversală în formă de aripa unui avion. Pe măsură ce vântul trece peste pale, efectul aerofoil creează portanță, iar aceasta este ceea ce rotește turbina (vezi diagrama de mai jos).
Paletele aerodinamice ale unei turbine Darrieus pot fi fie drepte, curbate sau elicoidale (vezi diagrama de mai jos).
Toate acestea sunt turbine Darrieus – palele rotorului sunt toate aceleași foi aerodinamice care creează portanță, dar în configurații diferite.
Configurația elicoidală este poate cea mai interesantă, deoarece permite ca o paletă aerodinamică mai lungă să fie conținută în aceeași zonă de rotație ca o turbină cu pale drepte, captând astfel mai mult vânt și sporind eficiența.
Alte modele de turbine
În timp ce majoritatea turbinelor eoliene se încadrează în aceste două categorii principale (axa verticală și axa orizontală), au existat diferite modele experimentale care se îndepărtează de configurația normală a acestor două modele.
Arborele de vânt
„Arborele de vânt” construit de compania New World Wind din Paris, se bazează pe o turbină eoliană Savonius cu axă verticală, dar este nou prin faptul că folosește multe turbine mici aranjate să arate ca frunzele unui copac pentru a face o trăsătură urbană decorativă. .
Vortex fără lamă
Vortex Bladeless este o companie spaniolă care a folosit o metodă complet diferită pentru extragerea energiei cinetice din vânt. „Turbina” lor nu arată deloc ca o turbină convențională, deoarece nu se rotește.
Sistemul Vortex Bladeless folosește un catarg înalt, în formă de stâlp, care extrage energia din vânt folosind o tehnică numită rezonanță indusă de vortex. Pe măsură ce vântul trece pe lângă stâlp, provoacă turbulențe în spatele acestuia, ceea ce face ca stâlpul să oscileze sau să „vibreze” înainte și înapoi, iar această energie mecanică este cea care antrenează un alternator liniar, generând astfel un curent electric.
Deoarece nu au lame rotative, acest stil de generator eolian nu prezintă un pericol pentru păsările migratoare sau animalele sălbatice.
Turbine acționate de vehicule
O serie de companii au început să dezvolte turbine eoliene cu axă verticală la scară mică, care pot fi amplasate în rezervația centrală a autostrăzilor și autostrăzilor. În loc să fie condus de vântul „natural”, turbulența cauzată de fluxul constant de vehicule care trec cu viteză mare este cea care rotește aceste turbine. Deci, deși sunt încă turbine eoliene convenționale cu axă verticală, situația în care sunt aplicate este nouă.
Turbină eoliană cu axele transversale (CAWT)
Turbina eoliană cu axă transversală este un design experimental de turbină cu axă verticală care utilizează atât palete de turbină orizontale, cât și verticale într-o configurație nouă reticulat. Cu trei pale verticale și șase pale orizontale, poate capta energia eoliană provenită atât din direcții orizontale, cât și din direcții verticale. Studiile au descoperit că era de 2.5 ori mai eficientă decât o turbină convențională cu axă verticală în aceleași condiții de vânt.
Turbină cu curent ascendent al turnului de răcire
Acest design propune o configurație nouă a unei turbine eoliene cu ax vertical Darrieus, orientată orizontal și situată în vârful turnurilor de răcire. Curentul ascendent din fluxul de aer evacuat din turn, mai degrabă decât să fie risipit în atmosferă, este folosit pentru a antrena turbina.