Vrste vetroplovov HAWT, VAWT in več pojasnil

Velika večina vetrne turbine videti po okrožju na vetropeljnih farmah (obe na obalu in v pomorskem prostoru) so standardni 3-krilski dizajni. Vendar pa obstaja število različnih slogov/typov turbine in način, kako uporabljajo kinetično energijo iz vetra, je zelo drugačen.

Dva glavna tipa vetropeljnih turbine sta vodoravna os in navpična os. Vodoravnoosne vetropeljne turbine imajo vrtilno os usmerjeno vodoravno. Tipično imajo 3 krilca in so načrtovane tako, da so usmerjene proti vetru. Navpičnoosne vetropeljne turbine imajo vrtilno os usmerjeno navpično in so načrtovane tako, da uporabljajo kinetično energijo v nasprotnem smeri.

Osim vodoravnoosnih in navpičnoosnih vetropeljnih turbine obstajajo tudi druge iteracije turbine, ki jih je vredno preučiti.

Najpogostejši tip vetruške je ‘Vetruška z horizontalno osjo’ . Imenuje se kot horizontalna os, ker leži rotacijska os vodoravno (glejte diagram spodaj).

Vetruške z horizontalno osjo morajo biti usmerjene neposredno v vetar, da delujejo z najvišjo učinkovitostjo, in celotna glava je načrtovana tako, da se obrne v smeri vetra. Ko se smer vetra spreminja, se mora glava obrniti (ali 'vrteti') za ohranjanje usmeritve v vetar.

Vetruške z horizontalno osjo izbiramo za obalne vetrenjake in notranje vetrenjake, kjer je krajina predvsem ravnih in odprtih, ker delujejo učinkoviteje kot vetruške z vertikalno osjo v območjih, kjer ni turbulentnega vetra.

Izgradnja za velikost

Čeprav je na trgu veliko malih vodoravnih veterinarskih turbine za domačinstva, ki so zavezana energetski učinkovitosti, je ena od njihovih glavnih prednosti, da se dobro prilagajajo proizvodnji in jih je mogoče izgraditi ZELO VEČJE. To je še en razlog, zakaj se uporabljajo v veterinskih farmah. Je znatno ekonomičneje zgraditi in održevati eno 10 megavatno (MW) turbine kot pet 2 MW turbine.

Največja veterinska turbina na svetu (do poletja 2021) je Vestas V236 turbina, s nominalno močjo 15 megavatov (MW). Ima premer rotatorja lestvica dolg 236 metrov – več kot dvojni višini Statue of Liberty! Samo eno vrtenje njenih lestvic pripomore dovolj električne energije za oskrbovanje povprečnega gospodinjstva skoraj celoten dan.

Vertikalna os vetrovne turbine

Manj učinkovita in manj pogosta turbina je 'turbina s navpično osjo'. Imenuje se tako, ker je vrteča os usmerjena navpično navzgor.

Ni mogoče izgraditi vertikalnih osnovnih turbine v takih velikih razsežnostih, kot jih vidimo pri vetrskih elektrarnah z horizontalnimi osovinami. Največja ikoli zgrajena vertikalna osnova vetrovojka je bila 110 metrov visoka, 3,8MW „ÉOLE“ turbina v Quebeku, Kanadi. Vendar pa je ogrodje rotorja spodletelo leta 1993 pod težo 880 ton, ki jo je moralo podpirati. Od tedanjega časa je neaktivna in sedaj predstavlja zanimivost za turiste. Zelo malovredno je, da bi kdo poskusil zgraditi vertikalno osnovno turbino večjo od te, zaradi inženirskeh problemov povezanih s neposrednim podpiranjem takšnih težkih uteži na enem ogrodju.

Izgradnjena za fleksibilnost

Čeprav so manjše, glavni prednost vertikalnih osnovnih vetrovojk pred horizontalnimi je, da jim ni treba vrteči se prilagajati smeri vetra. Sbirajo energijo vetra iz vseh smeri vsak občas. Zaradi načina, kako so dizajnirane livade, vedno okrečijo isto smer, ne glede na to, iz katere smeri prihaja veter.

To pomeni, da so vertikalna os vetrovne turbine boljše pri hranjenju energije vetra na krovih v mestih in območjih s strogimi gradbenimi strukturami, kjer je turbulentni veter, ki spreminja smer celotno čas.

Vertikalna os vetrovne turbine zasedejo manj prostora kot ekvivalentna moč horizontalnih osevin turbine, in jih pogosto izbirajo za območja, kjer je omejeno prostora.

Različne vrste VAVT-ov

Obstajata dve glavni dizajni vertikalne osevine turbine, imenovani Savonius in Darrieus. Ti dizajni sta zelo različni v tem, kako zajemajo energijo vetra.

Savonius VAVT-i

Vrtoglavni turbine s stiloskim rotorjem uporabljajo načelo vlečnega odporu, da pretvorijo veternico v mehansko vrtilno energijo. Delujejo kot ladja, oblikovane tako, da zajemajo veterno energijo, ki vstopa v turbine, ustvarjajo odpor in jo s tem prisilijo, da se vrti (glej shemo spodaj). Ne glede na smer vetra bo vedno zadela fronto in zadnjo stran ladje – vendar pa ustvarja zadnja stran ladje manjši odpor, kar omogoča turbine, da se vrti. Vendar to pomeni, da lahko vrtoglavna turbine s stiloskim rotorjem pretvori največ 15% veternice v mehansko vrtilno energijo.

Darrieus VAWTs

Vetrovozne turbine s vertikalno osjo Darrieus uporabljajo načelo dviganja za pretvorbo energije vetra v mehansko vrtilno energijo in so učinkovitejše kot turbine s vertikalno osjo tipa Savonius. Turbine s vertikalno osjo Darrieus uporabljajo listove, ki imajo prerez oblike letalske krilne plošče. Ko vetar preteče čez list, ga aerofoilski učinek ustvari dviganje, in to je ono, kar vrte turbine (glej shemo spodaj).

Aerofoilski listi turbine Darrieus lahko imajo obliko izvene, ukrivljene ali heliksidne (glej shemo spodaj).

To so vse turbine Darrieus – rotorji so vsi enaki aerofoilskega tipa za ustvarjanje dviganja, vendar v različnih konfiguracijah.

Heliksidna konfiguracija je morda najzanimivejša, saj omogoča, da se daljši aerofoilski list vsebova v istem vrtilnem območju kot pri turbine z ravno listovo, tako da zajame več vetra in povečamo učinkovitost.

Druge načrte turbine

Medtem ko večina vetrovnikov spada v ta dva glavna kategoriji (navpična in vodoravna os), je bilo izvedenih različnih eksperimentalnih oblik, ki se oddaljujejo od običajne konfiguracije teh dveh oblik.

Vetrsno drevo

‘Vetrsno drevo’, ki ga je zgradila parizska družba New World Wind, temelji na Savoniusovem navpičnem osnovnem vetrovniku, vendar je novatorsko v tem, da uporablja veliko majhnih vetrovnikov, ki so razporejeni tako, da izgledajo kot listi na drevesu, da ustvarijo dekorativno mestno znamenkost.

Vortex Bladeless

Vortex Bladeless je španija družba, ki je uporabila popolnoma drugačen način za izvleček kinetične energije iz vetra. Njihov ‘turbine’ sploh ne izgleda kot običajni turbine, ker se ne vrte.

Sistem Vortex Bladeless uporablja visoko, stolpovito masto, ki izvzema energijo iz vetra z tehniko, imenovano vrtinsko inducirana resonanca. Ko veter preteče skozi stolp, povzroči neustrežnost za njim, kar stolpa nudi ali 'vibrira' naprej in nazaj, in to je mehanska energija, ki jo pogoni linearni alternator, s tem pa se generira električni tok.

Ker nimajo vrtečih listov, ta vrsta vetroproducenta ne predstavlja poteze za migracijske ptice ali divjo deželo.

Turbine, ki jih pogajajo vozila

Številna podjetja so začela razvijati male vertikalne osne vetropane turbine, ki jih je mogoče postaviti v srednji del cest in avtocest. Namesto da bi jih poganjal 'naraven' vetar, je to neustrežnost, ki jo povzroča neprekinjen tok vozil, ki hitro prehajajo, ki rotira te turbine. Tako da so še vedno običajne vertikalne osne vetropane turbine, nova je situacija, v katero so jih uporabili.

Vodoravno osno veterjensko koleso (CAWT)

Vodoravno osno veterjensko koleso je eksperimentalni zasnov vertikalnega osnega kolesa, ki uporablja tako vodoravne kot tudi navpične listve v novi prepleteni konfiguraciji. S tremi navpičnimi listvi in šestimi vodoravnimi listvi lahko zajame energijo vetra iz obeh smeri: vodoravne in navpične. Študije so povedale, da je bilo to koleso 2,5 krat učinkovitejše od običajnega vertikalnega osnega kolesa v istih vetrskih pogojev.

Hlahtna torba za hlahtanje

Ta zasnov predlaga novo postavitev Darrieusovega vertikalnega osnega veterjenskega kolesa, ki je usmerjeno vodoravno in se nahaja na vrhu hlahtnih tornov. Navzgoršek iz izpuhnjenega zraka iz torna, namesto da bi bil izgubljen v atmosferi, se uporabi za pogon kolesa.