Објашњени типови ветрогенератора ХАВТ, ВАВТ и више

Велика већина турбине који се могу видети широм округа на ветроелектранама (и на копну и на мору) су стандардни дизајн са 3 лопатице. Међутим, постоји велики број различитих стилова/типова турбина и начин на који оне користе кинетичку енергију ветра је прилично различит.

Два главна типа ветротурбина су хоризонтална оса и вертикална оса. Ветротурбине са хоризонталном осовином имају ротирајућу осу хоризонтално оријентисану. Обично имају 3 оштрице и дизајниране су да буду окренуте према ветру. Ветротурбине са вертикалном осом имају ротирајућу осу поравнату вертикално и дизајниране су да искористе кинетичку енергију у супротном смеру.

Осим ветротурбина са хоризонталном и вертикалном осом, постоје и друге итерације турбине које вреди истражити.

Најчешћи тип турбине на ветар је „Ветротурбина са хоризонталном осовином“. Помиње се као хоризонтална оса јер ротирајућа оса лежи хоризонтално (погледајте дијаграм испод)

Ветротурбине хоризонталне осе морају да буду усмерене директно на ветар да би радиле са максималном ефикасношћу, а цела глава је дизајнирана да се окрене према ветру. Како ветар мења правац, тако се глава мора окренути (или 'скренути') да би остала уперена у ветар.

Ветротурбине са хоризонталном осовином се бирају за ветропаркове на мору и ветропаркове на копну где је земљиште углавном равно и отворено, јер раде ефикасније од турбина са вертикалном осовином у подручјима где ветар није турбулентан.

Направљен за величину

Иако постоји много малих ветротурбина са хоризонталном осовином комерцијално доступних за власнике кућа које брину о енергији, једна од њихових великих предности је то што се добро прилагођавају за производњу и могу се изградити ВЕОМА ВЕЛИКИ. Ово је још један разлог зашто се користе за ветроелектране. Много је исплативије изградити и управљати једном турбином од 10 мегавата (МВ) него пет турбина од 2 МВ.

Највећа ветротурбина на свету (од лета 2021.) је Вестас В236 турбина, са номиналном излазном снагом од 15 мегавата (МВ). Има пречник лопатичног ротора од 236 м – више него двоструко више од Кипа слободе! Једна ротација његових лопатица обезбедиће довољно електричне енергије за дневни рад просечног домаћинства.

Ветротурбине са вертикалном осовином

Мање ефикасна и мање уобичајена турбина је 'Ветротурбина са вертикалном осовином'. Помиње се као вертикална оса јер је ротирајућа оса поравната вертикално нагоре.

Није могуће изградити турбине са вертикалном осовином у великим размерама које видимо у ветроелектранама са турбинама са хоризонталном осовином. Највећа ветротурбина са вертикалном осовином икада направљена била је 110 метара висока, 3.8 МВ „ЕОЛЕ“ турбина у Квебеку, Канада. Међутим, лежај ротора је отказао 1993. под тежином од 880 тона коју је морао да издржи. Од тада није у функцији, а сада је куриозитет за туристе. Мало је вероватно да ће неко покушати да направи турбину са вертикалном осовином већу од ове због инжењерских проблема повезаних са директним подржавањем тако великих тежина на једном лежају.

Направљен за флексибилност

Иако мање, главна предност коју ветротурбине са вертикалном осом имају у односу на хоризонталну осу је то што не морају да склоне. Они све време прикупљају енергију ветра из свих праваца. Због начина на који су лопатице дизајниране, оне се увек окрећу у истом правцу, без обзира одакле ветар долази.

Ово чини ветротурбине са вертикалном осом бољим у хватању енергије ветра на градским крововима и изграђеним областима где турбулентни ветар стално мења смер.

Ветротурбине вертикалне осе заузимају мање простора од турбине са хоризонталном осовином еквивалентне снаге и често се бирају за подручја где је простор ограничен.

Различите врсте ВАВТ-а

Постоје два главна дизајна ветротурбина са вертикалном осовином, под називом Савониус и Дарриеус. Ови дизајни се прилично разликују по начину на који хватају енергију ветра.

Савониус ВАВТс

Ветротурбине са вертикалном осовином у Савонијус стилу користе принцип отпора за претварање енергије ветра у механичку енергију ротације. Они раде као лопатица, обликовани тако да заробе ветар који улази у турбину, стварајући отпор и на тај начин је присиљавајући да се ротира (погледајте дијаграм испод). Без обзира из ког правца долази ветар, увек ће ударити и предњи и задњи део лопатице – али заобљена задња страна лопатице ствара мање отпора, што омогућава турбини да се ротира. Међутим, то значи да ветротурбина са вертикалном осовином Савониус може претворити само 15% енергије ветра у механичку енергију ротације.

Дарриеус ВАВТс

Ветротурбине са вертикалном осовином Дарриеус користе принцип подизања за претварање енергије ветра у механичку енергију ротације и ефикасније су од турбина са вертикалном осовином Савониус стила. Ветротурбине са вертикалном осовином Дарриеус користе лопатице које имају попречни пресек у облику крила авиона. Како ветар прелази преко лопатице, ефекат аеропрофила ствара подизање, а то је оно што ротира турбину (погледајте дијаграм испод).

Лопатице аеропрофила Дарриеус турбине могу бити правог, закривљеног или спиралног облика (погледајте дијаграм испод).

Ово су све Даријеове турбине – лопатице ротора су исте аеропрофиле за подизање, али у различитим конфигурацијама.

Завојна конфигурација је можда најинтересантнија, јер омогућава да дуже лопатице аеропрофила буду садржане у истој области ротације као и турбина са равним лопатицама, чиме се хвата више ветра и повећава ефикасност. 

Други дизајни турбина

Док већина ветротурбина спада у ове две главне категорије (вертикална оса и хоризонтална оса), постојали су различити експериментални дизајни који се удаљавају од нормалне конфигурације ова два дизајна.

Тхе Винд Трее

„Дрво ветра“ које је изградила париска компанија Нев Ворлд Винд, засновано је на ветротурбини са вертикалном осовином Савониус, али је ново по томе што користи много малих турбина распоређених да изгледају као лишће на дрвету како би направили декоративну урбану карактеристику. .

Вортек Бладелесс

Вортек Бладелесс је шпанска компанија која је користила потпуно другачији метод за извлачење кинетичке енергије из ветра. Њихова „турбина“ уопште не личи на конвенционалну турбину, јер се не ротира.

Вортек Бладелесс систем користи висок јарбол у облику стуба, који извлачи енергију из ветра користећи технику која се зове резонанција изазвана вртлогом. Како ветар пролази кроз стуб, изазива турбуленције иза њега, што доводи до осциловања или 'вибрирања' стуба напред-назад, а та механичка енергија покреће линеарни алтернатор, стварајући тако електричну струју.

Пошто немају ротирајуће лопатице, овај тип ветрогенератора не представља опасност за птице селице или дивље животиње.

Турбине на погон возила

Бројне компаније су започеле развој малих ветротурбина са вертикалном осовином које се могу поставити у централну резервацију аутопутева и аутопутева. Уместо да их покреће 'природни' ветар, турбуленције изазване константном струјом возила која пролазе великом брзином ротира ове турбине. Дакле, док су то још увек конвенционалне ветротурбине са вертикалном осовином, ситуација на коју се примењују је нова.

Ветротурбина са попречном осом (ЦАВТ)

Ветротурбина са попречном осе је експериментални дизајн турбине са вертикалном осовином која користи и хоризонталне и вертикалне лопатице турбине у новој умреженој конфигурацији. Са три вертикалне лопатице и шест хоризонталних лопатица, може да ухвати енергију ветра која долази из хоризонталног и вертикалног правца. Студије су показале да је била 2.5 пута ефикаснија од конвенционалне турбине са вертикалном осовином у истим условима ветра.

Турбина за подизање расхладног торња

Овај дизајн предлаже нову конфигурацију ветротурбине са вертикалном осовином Дарриеус, хоризонтално оријентисане и смештене на врху расхладних торњева. Узлазни ток из издувног ваздуха из торња, уместо да се троши у атмосферу, користи се за погон турбине.