Horisontale en vertikale as windturbines: 'n Vergelyking

Windenergie is 'n hernubare en skoon energiebronne wat die uitstoot van broeikasgasse en afhanklikheid van fossiele brandstowwe kan verminder. Windturbines is masjiene wat die kinetiese energie van die wind omskep na elektriese energie. Daar is twee hoofsoorte windturbines gebaseer op die oriëntering van hul as: horisontale en vertikale.

Wat is 'n Horisontale As Wind Turbine?

'n horisontale as wind turbine (HAWT) word gedefinieer as 'n wind turbine wat 'n horisontale of parallelle as van rotasie het ten opsigte van die grond. HAWTs is die mees algemene tipe wind turbines wat vir grootskale elektrisiteitsopwekking gebruik word. Hulle het tipies drie blaaie wat soos vliegtuigpropellers lyk, alhoewel sommige een of twee blaaie mag hê.

Die hoofkomponente van 'n HAWT is:

• Die rotor, wat bestaan uit die blaaie en die hub wat hulle aan die spil verbind.

• Die nacelle huisves die generator, versnellingsbak, rem, yaw-sisteem, en ander meganiese en elektriese komponente.

• Die toren ondersteun die nacelle en die rotor en verhef dit bo die grond om meer wind te vang.

• Die fundering anker die toren aan die grond en oordra die laste van die wind turbine.

Die werkprinsipe van 'n HAWT is gebaseer op lift, wat die krag is wat 'n voorwerp opwaarts duw wanneer lug oor sy oppervlak stroom. Die blaaie van 'n HAWT is gevorm soos luchtvlakke, wat 'n drukverskil skep tussen hul bo- en onderoppervlak wanneer die wind blaas. Hierdie drukverskil veroorsaak dat die blaaie roteer rondom die horisontale as, wat op sy beurt die spil en die generator dreef om elektrisiteit te produseer.

Die rotorvlak van 'n HAWT moet in lyn wees met die windrigting om sy effektiwiteit te maksimaliseer. Dus het 'n HAWT 'n windensor en 'n yaw-sisteem wat die oriëntering van die nacelle volgens die windrigting pas. 'n HAWT het ook 'n pitch-sisteem wat die aanvalshoek van die blaaie verander om hul rotasiespoed en kraguitset te beheer.

Die voordele van HAWTs is:

• Hulle het 'n hoër effektiwiteit as vertikale as wind turbines (VAWTs) omdat hulle meer windenergie kan vang met minder sleepkrag.

• Hulle het 'n laer koppelrippeling en meganiese spanning as VAWTs omdat hulle minder verandering in aerodynamiese kragte tydens elke rotasie het.

• Hulle kan op see geïnstalleer word op drijvende platforms of vas fondamente, waar die windsnelheid hoër en meer konstant is.

Die nadela van HAWTs is:

• Hulle vereis 'n hoë toren en 'n groot landarea om turbulentie en interferensie van nabygeleë strukture of terrein te vermy.

• Hulle is duurder en komplekser om te installeer en te handhaaf as VAWTs omdat hulle meer bewegende dele en elektriese komponente het.

• Hulle is meer vatbaar vir vermoeidheid en skade van hoë wind, storme, ligging, voëls, of ys.

Wat is 'n Vertikale As Wind Turbine?

'n Vertikale as wind turbine (VAWT) word gedefinieer as 'n wind turbine wat 'n vertikale of loodregte as van rotasie het ten opsigte van die grond. VAWTs is minder algemeen as HAWTs, maar hulle het sommige voordele vir klein-skale en stedelike toepassings. Hulle het gewoonlik twee of drie blaaie wat reguit of gekromd is.

Die hoofkomponente van 'n VAWT is:

• Die rotor, wat bestaan uit die blaaie en die vertikale spil wat hulle aan die generator verbind.

• Die generator, wat die meganiese energie van die rotor omskep na elektriese energie.

• Die basis, wat die rotor en die generator ondersteun en hulle aan die grond verbind.

Die werkprinsipe van 'n VAWT is gebaseer op sleep, wat die krag is wat die beweging van 'n voorwerp teenwerk wanneer lug oor sy oppervlak stroom. Die blaaie van 'n VAWT is simmetries of asymmetries, wat verskillende hoeveelhede sleep skep wanneer hulle die windrigting tegemoet of teenoorstaan. Hierdie sleepverskil veroorsaak dat die blaaie roteer rondom die vertikale as, wat op sy beurt die generator dreef om elektrisiteit te produseer.

Die rotorvlak van 'n VAWT hoef nie in lyn te wees met die windrigting nie omdat dit wind van enige rigting kan vang. Dus het 'n VAWT geen yaw-sisteem of windensor nie. Echter, 'n VAWT kan 'n pitch-sisteem hê wat die aanvalshoek van die blaaie verander om hul rotasiespoed en kraguitset te beheer.

Die voordele van VAWTs is:

• Hulle het laer insluitings- en onderhoudskoste as HAWTs omdat hulle minder bewegende dele en elektriese komponente het.

• Hulle het laer geraasvlakke as HAWTs omdat hulle by langsaamere spoed roteer.

• Hulle kan op dakke of naby geboue geïnstalleer word omdat hulle laer hoogtes en kleiner voetspore het as HAWTs.

Die nadela van VAWTs is:

• Hulle het 'n laer effektiwiteit as HAWTs omdat hulle meer sleep en minder lift het.

• Hulle het 'n hoër koppelrippeling en meganiese spanning as HAWTs omdat hulle meer verandering in aerodynamiese kragte tydens elke rotasie het.

• Hulle kan nie op see geïnstalleer word nie omdat hulle minder stabiel en duurbaar is as HAWTs.

Tipes Vertikale As Wind Turbines

Daar is twee hooftipes VAWTs gebaseer op hul blaadontwerp: Darrieus en Savonius.

Darrieus Turbines

Darrieus turbines is VAWTs wat gekromde blaaie het wat soos 'n eierklopper of 'n trochoid lyk. Hulle is deur die Franse ingenieur Georges Darrieus in 1931 uitgevind. Darrieus turbines gebruik sowel lift as sleep om hul blaaie te laat roteer. Hulle kan hoë rotasiespoede bereik, maar hulle vereis 'n eksterne start-meganisme, soos 'n elektriese motor of 'n ander turbine, omdat hulle nie self kan begin nie.

Die voordele van Darrieus turbines is:

• Hulle het 'n hoër kragkoëffisiënt as Savonius turbines omdat hulle sowel lift as sleep gebruik.

• Hulle het 'n laer soliditeitsverhouding as Savonius turbines omdat hulle minder blaaie met groter gapinge tussen hulle het.

Die nadela van Darrieus turbines is:

• Hulle vereis 'n eksterne start-meganisme omdat hulle nie self kan begin nie.

• <