Vandrette og lodrette akse vindmøller: En sammenligning
Vindenergi er en fornyelig og ren energikilde, der kan reducere drivhusgasemissioner og afhængigheden af fossile brændstoffer. Vindmøller er maskiner, der omdanner vindens kinetiske energi til elektrisk energi. Der findes to hovedtyper af vindmøller baseret på deres akseorientering: horisontale og vertikale.
Hvad er en horisontal akse vindmølle?
En horisontal akse vindmølle (HAWT) defineres som en vindmølle, der har en horisontal eller parallel akse med hensyn til jorden. HAWT'er er den mest almindelige type vindmøller, der anvendes til storskala elektricitetsproduktion. De har typisk tre blæder, der minder om flypropeller, selvom nogle kan have to eller et blad.
De vigtigste komponenter i en HAWT er:
Røret, som består af blæderne og hubben, der forbinder dem med skften.
Nacellen, der indeholder generator, gearkasse, bremse, yaw-system og andre mekaniske og elektriske komponenter.
Tårnet, der støtter nacellen og røret og løfter dem over jorden for at fange mere vind.
Fundamentet, der fastgør tårnet til jorden og overfører belastningen fra vindmøllen.
Arbejdsmåden for en HAWT er baseret på lyft, som er kraften, der peger et objekt opad, når luft strømmer over dets overflade. Blæderne i en HAWT er formet som flyvinge, hvilket skaber et trykforskel mellem deres øvre og nedre overflader, når vinden blæser. Dette trykforskel får blæderne til at rotere omkring den horisontale akse, hvilket i sin tur drev skften og generatoren for at producere elektricitet.
Rotorplanen for en HAWT skal være justeret i forhold til vindretningen for at maksimere effektiviteten. Derfor har en HAWT en vindsensor og et yaw-system, der justerer nacellens orientering i forhold til vindretningen. En HAWT har også et pitch-system, der ændrer angrebshjælpen på blæderne for at kontrollere deres rotationshastighed og effektafgivelse.
Forslagene vedrørende HAWT'er er:
De har højere effektivitet end vertikale akse vindmøller (VAWT'er), da de kan fange mere vindenergi med mindre drag.
De har lavere torque ripple og mekanisk stress end VAWT'er, da de har færre ændringer i aerodynamiske kræfter under hver rotation.
De kan installeres offshore på flydende platforme eller faste fundament, hvor vindhastigheden er højere og mere konstant.
Ulemperne ved HAWT'er er:
De kræver et højt tårn og et stort areal for at undgå turbulens og forstyrrelser fra nærliggende strukturer eller terræn.
De er dybere og mere komplekse at installere og vedligeholde end VAWT'er, da de har flere bevægelige dele og elektriske komponenter.
De er mere udsatte for træthed og skade fra stærke vinde, storme, lyn, fugle eller is.
Hvad er en vertikal akse vindmølle?
En vertikal akse vindmølle (VAWT) defineres som en vindmølle, der har en vertikal eller vinkelret akse med hensyn til jorden. VAWT'er er mindre almindelige end HAWT'er, men de har nogle fordele for småskala og byanvendelser. De har typisk to eller tre blæder, som enten er rette eller buede.
De vigtigste komponenter i en VAWT er:
Røret, som består af blæderne og den vertikale skfte, der forbinder dem med generatoren.
Generatoren, der omdanner rørets mekaniske energi til elektrisk energi.
Bunden, der støtter røret og generatoren og forbinder dem med jorden.
Arbejdsmåden for en VAWT er baseret på drag, som er kraften, der modvirker et objekts bevægelse, når luft strømmer over dets overflade. Blæderne i en VAWT er symmetriske eller asymmetriske, hvilket skaber forskellige mængder drag, når de står over for eller modsætter sig vindretningen. Dette dragsforskel får blæderne til at rotere omkring den vertikale akse, hvilket i sin tur drev generatoren for at producere elektricitet.
Rotorplanen for en VAWT behøver ikke at være justeret i forhold til vindretningen, da den kan fange vind fra enhver retning. Derfor har en VAWT ikke et yaw-system eller en vindsensor. Dog kan en VAWT have et pitch-system, der ændrer angrebshjælpen på blæderne for at kontrollere deres rotationshastighed og effektafgivelse.
Forslagene vedrørende VAWT'er er:
De har lavere installations- og vedligeholdelseskostninger end HAWT'er, da de har færre bevægelige dele og elektriske komponenter.
De har lavere støjniveauer end HAWT'er, da de roterer i langsommere hastigheder.
De kan installeres på tag eller nær bygninger, da de har lavere højder og mindre fodspor end HAWT'er.
Ulemperne ved VAWT'er er:
De har lavere effektivitet end HAWT'er, da de har mere drag og mindre lyft.
De har højere torque ripple og mekanisk stress end HAWT'er, da de har flere ændringer i aerodynamiske kræfter under hver rotation.
De kan ikke installeres offshore, da de er mindre stabile og holdbare end HAWT'er.
Typer af vertikale akse vindmøller
Der findes to hovedtyper af VAWT'er baseret på deres blædesdesign: Darrieus og Savonius.
Darrieus-turbiner
Darrieus-turbiner er VAWT'er, der har buede blæder, der minder om en eggvisker eller en trochoid. De blev opfundet af den franske ingeniør Georges Darrieus i 1931. Darrieus-turbiner bruger både lyft og drag for at rotere deres blæder. De kan opnå høje rotationshastigheder, men de kræver et eksternt startmekanisme, såsom en elektrisk motor eller en anden turbine, da de ikke kan selvføre.
Forslagene vedrørende Darrieus-turbiner er:
De har en højere effektkoefficient end Savonius-turbiner, da de bruger både lyft og drag.
De har en lavere soliditetsforhold end Savonius-turbiner, da de har færre blæder med større huller mellem dem.
Ulemperne ved Darrieus-turbiner er:
De kræver et eksternt startmekanisme, da de ikke kan selvføre.
De har højere centrifugalkræfter
