Pojasnjene vrste vetrnih turbin HAWT, VAWT in več

Velika večina vetrne turbine po okrožju na vetrnih elektrarnah (tako na kopnem kot na morju) so standardne izvedbe s tremi lopaticami. Vendar pa obstaja več različnih stilov/vrst turbin in način, na katerega izkoriščajo kinetično energijo vetra, je precej drugačen.

Dve glavni vrsti vetrnih turbin sta vodoravna in navpična os. Vetrne turbine z vodoravno osjo naj bo vrtilna os usmerjena vodoravno. Običajno imajo 3 rezila in so oblikovani tako, da so obrnjeni proti vetru. Vetrne turbine z navpično osjo imajo vrtljivo os poravnano navpično in so zasnovane tako, da izkoriščajo kinetično energijo v nasprotni smeri.

Poleg vetrnih turbin z vodoravno in navpično osjo obstajajo tudi druge iteracije turbine, ki jih je vredno raziskati.

Najpogostejši tip vetrne turbine je 'vetrna turbina z vodoravno osjo'. Imenuje se vodoravna os, saj vrtljiva os leži vodoravno (glejte diagram spodaj)

Vetrne turbine z vodoravno osjo morajo biti usmerjene neposredno v veter, da delujejo z največjo učinkovitostjo, celotna glava pa je zasnovana tako, da je obrnjena proti vetru. Ko veter spremeni smer, se mora glava obrniti (ali 'zamakniti'), da ostane usmerjena v veter.

Vetrne turbine z vodoravno osjo so izbrane za vetrne elektrarne na morju in vetrne elektrarne na kopnem, kjer je zemljišče večinoma ravno in odprto, ker delujejo učinkoviteje kot turbine z navpično osjo na območjih, kjer veter ni turbulenten.

Izdelano za velikost

Medtem ko je veliko majhnih vetrnih turbin z vodoravno osjo komercialno na voljo za energetsko ozaveščene lastnike domov, je ena od njihovih velikih prednosti ta, da so primerne za proizvodnjo in jih je mogoče zgraditi ZELO VELIKE. To je še en razlog, zakaj se uporabljajo za vetrne elektrarne. Stroškovno je veliko bolj učinkovito zgraditi in upravljati eno turbino z močjo 10 megavatov (MW) kot pet turbin z močjo 2 MW.

Največja vetrna turbina na svetu (od poletja 2021) je turbina Vestas V236 z nazivno izhodno močjo 15 megavatov (MW). Ima premer rezila rotorja 236 m – več kot dvakrat več kot Kip svobode! Ena sama rotacija njegovih rezil bo zagotovila dovolj električne energije za oskrbo povprečnega gospodinjstva en dan.

Vetrne turbine z navpično osjo

Manj učinkovita in manj pogosta turbina je "vetrna turbina z navpično osjo". Imenuje se navpična os, ker je vrteča se os poravnana navpično navzgor.

Turbin z navpično osjo ni mogoče zgraditi v velikih merilih, kot jih vidimo pri vetrnih elektrarnah z vodoravno osjo. Največja vetrna turbina z navpično osjo, ki je bila kdaj zgrajena, je bila 110 m visoka turbina »ÉOLE« s 3.8 MW v Quebecu v Kanadi. Toda ležaj rotorja je leta 1993 odpovedal pod težo 880 ton, ki jo je moral vzdržati. Od takrat ne deluje, zdaj pa je zanimivost za turiste. Zelo malo verjetno je, da bo kdo poskušal zgraditi turbino z navpično osjo, večjo od te, zaradi inženirskih težav, povezanih z neposrednim podpiranjem tako velikih uteži na enem ležaju.

Ustvarjen za prilagodljivost

Čeprav so manjše, je glavna prednost, ki jo imajo vetrne turbine z navpično osjo pred vodoravno osjo, ta, da jim ni treba zavijati. Ves čas zbirajo vetrno energijo iz vseh smeri. Zaradi oblikovanja lopatic se vedno vrtijo v isto smer, ne glede na to, od kod prihaja veter.

Zaradi tega so vetrne turbine z navpično osjo boljše pri zajemanju vetrne energije na mestnih strehah in v pozidanih območjih, kjer turbulentni veter ves čas spreminja smer.

Vetrne turbine z navpično osjo zavzamejo manj prostora kot turbina z vodoravno osjo enake moči in so pogosto izbrana za območja, kjer je prostor omejen.

Različne vrste VAWT

Obstajata dve glavni zasnovi vetrnih turbin z navpično osjo, imenovani Savonius in Darrieus. Ti modeli se precej razlikujejo po načinu zajemanja energije vetra.

Savonius VAWTs

Vetrne turbine z navpično osjo v slogu Savonius uporabljajo princip upora za pretvorbo vetrne energije v mehansko rotacijsko energijo. Delujejo kot zajemalka, oblikovana tako, da ujame veter, ki vstopa v turbino, ustvarja upor in jo tako prisili, da se vrti (glejte diagram spodaj). Ne glede na to, iz katere smeri piha veter, bo vedno udaril v sprednji in zadnji del zajemalke – vendar zaobljena zadnja stran zajemalke ustvarja manjši upor, s čimer omogoča vrtenje turbine. Vendar to pomeni, da lahko vetrna turbina Savonius z navpično osjo pretvori le 15 % vetrne energije v mehansko rotacijsko energijo.

Darrieus VAWTs

Vetrne turbine Darrieus z navpično osjo uporabljajo princip vzgona za pretvorbo vetrne energije v mehansko rotacijsko energijo in so učinkovitejše od turbin z navpično osjo Savonius. Vetrne turbine Darrieus z navpično osjo uporabljajo lopatice, ki imajo prečni prerez v obliki krila letala. Ko veter prehaja čez lopatico, učinek aerokrila ustvari vzgon in to je tisto, kar vrti turbino (glejte diagram spodaj).

Aerokrilne lopatice Darrieusove turbine so lahko ravne, ukrivljene ali vijačne oblike (glejte diagram spodaj).

Vse to so Darrieusove turbine – lopatice rotorja so enake aerokrilce, ki ustvarjajo vzgon, vendar v različnih konfiguracijah.

Spiralna konfiguracija je morda najbolj zanimiva, saj omogoča, da je daljša lopatica aeroprofila v istem rotacijskem območju kot turbina z ravnimi lopaticami, s čimer zajame več vetra in poveča učinkovitost. 

Drugi modeli turbin

Medtem ko večina vetrnih turbin spada v ti dve glavni kategoriji (navpična os in vodoravna os), obstajajo različni eksperimentalni načrti, ki se odmikajo od običajne konfiguracije teh dveh dizajnov.

Vetrno drevo

Vetrno drevo, ki ga je izdelalo podjetje New World Wind s sedežem v Parizu, temelji na Savoniusovi vetrni turbini z navpično osjo, vendar je novost v tem, da uporablja veliko majhnih turbin, ki so videti kot listi na drevesu in tvorijo okrasni urbani element. .

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless je špansko podjetje, ki je uporabilo popolnoma drugačno metodo za pridobivanje kinetične energije iz vetra. Njihova “turbina” sploh ni videti kot klasična turbina, saj se ne vrti.

Sistem Vortex Bladeless uporablja visok jambor v obliki stebra, ki črpa energijo iz vetra s tehniko, imenovano resonanca, povzročena z vrtincem. Ko veter prehaja mimo stebra, za njim povzroči turbulenco, ki povzroči, da steber niha ali 'vibrira' naprej in nazaj, in prav ta mehanska energija poganja linearni alternator in tako ustvarja električni tok.

Ker nimajo vrtljivih lopatic, ta oblika vetrnih generatorjev ne predstavlja nevarnosti za ptice selivke ali divje živali.

Turbine, ki jih poganjajo vozila

Številna podjetja so začela razvijati majhne vetrne turbine z navpično osjo, ki jih je mogoče postaviti v osrednji rezervat avtocest in avtocest. Te turbine ne poganja "naravni" veter, temveč turbulenca, ki jo povzroča nenehen tok vozil, ki vozijo mimo z veliko hitrostjo. Torej, čeprav so še vedno običajne vetrne turbine z navpično osjo, je situacija, v kateri se uporabljajo, nova.

Vetrna turbina s križno osjo (CAWT)

Vetrna turbina s prečno osjo je eksperimentalna zasnova turbine z navpično osjo, ki uporablja vodoravne in navpične turbinske lopatice v novi navzkrižno povezani konfiguraciji. S tremi navpičnimi lopaticami in šestimi vodoravnimi lopaticami lahko zajema energijo vetra, ki prihaja tako iz vodoravne kot navpične smeri. Študije so pokazale, da je 2.5-krat učinkovitejša od običajne turbine z navpično osjo pri enakih vetrovnih pogojih.

Turbina za dvig hladilnega stolpa

Ta zasnova predlaga novo konfiguracijo Darrieusove vetrne turbine z navpično osjo, ki je usmerjena vodoravno in se nahaja na vrhu hladilnih stolpov. Dvig toka izpušnega zraka iz stolpa se namesto v ozračje uporablja za pogon turbine.