Η ενέργεια του ανέμου είναι μια ανανεώσιμη και καθαρή πηγή ενέργειας που μπορεί να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. Οι ανεμογεννήτριες είναι μηχανές που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι ανεμογεννητών με βάση την προσανατολισμή του άξονα τους: οριζόντιος και κάθετος.
Μια ανεμογεννήτρια με οριζόντιο άξονα (HAWT) ορίζεται ως ανεμογεννήτρια που έχει οριζόντιο ή παράλληλο άξονα περιστροφής σε σχέση με το έδαφος. Οι HAWTs είναι ο πιο κοινός τύπος ανεμογεννητών που χρησιμοποιούνται για τη μεγάλης κλίμακα παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Συνήθως έχουν τρία πτερύγια που μοιάζουν με πτερύγια αεροσκάφους, αν και κάποιες μπορεί να έχουν δύο ή ένα πτερύγιο.
Οι βασικοί συνιστώσες μιας HAWT είναι:
Ο ρότορας, που αποτελείται από τα πτερύγια και τον κύβο που τα συνδέει με τον πίνακα.
Η νακέλ, που φιλοξενεί τον γεννήτρια, τον μετατροπέα, το φρένο, το σύστημα yaw και άλλα μηχανικά και ηλεκτρικά συστατικά.
Ο πύργος υποστηρίζει τη νακέλ και τον ρότορα και τους επιτηρεί πάνω από το έδαφος για να αισθάνονται περισσότερο αέρα.
Η θεμελίωση προσάρτησης του πύργου στο έδαφος και μεταφέρει τις φορτίες από την ανεμογεννήτρια.
Η λειτουργία μιας HAWT βασίζεται στην ανάδραση, η οποία είναι η δύναμη που προωθεί ένα αντικείμενο προς τα πάνω όταν ο αέρας ρέει πάνω από την επιφάνειά του. Τα πτερύγια μιας HAWT είναι σχηματισμένα όπως αεροδυναμικά προφίλ, τα οποία δημιουργούν διαφορά πίεσης μεταξύ της επιφάνειάς τους όταν ο αέρας ρέει. Αυτή η διαφορά πίεσης προκαλεί τα πτερύγια να περιστρέφονται γύρω από τον οριζόντιο άξονα, ο οποίος στη συνέχεια οδηγεί τον πίνακα και τον γεννήτρια να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Το επίπεδο του ρότορα μιας HAWT πρέπει να είναι στροφογεννημένο με την κατεύθυνση του ανέμου για να επιτευχθεί η μέγιστη αποδοτικότητά της. Επομένως, μια HAWT έχει έναν ανεμομετρικό και ένα σύστημα yaw που προσαρμόζουν την προσανατολισμό της νακέλ σύμφωνα με την κατεύθυνση του ανέμου. Μια HAWT έχει επίσης ένα σύστημα pitch που αλλάζει τη γωνία επίθεσης των πτερυγίων για να ελέγξει την ταχύτητα περιστροφής και την εξόδο ισχύος.
Τα πλεονεκτήματα των HAWTs είναι:
Έχουν υψηλότερη αποδοτικότητα από τις κάθετες ανεμογεννήτριες (VAWTs) επειδή μπορούν να αισθάνονται περισσότερη ενέργεια ανέμου με λιγότερη αντίσταση.
Έχουν χαμηλότερη ροπή και μηχανικό στρες από τις VAWTs επειδή έχουν λιγότερες αλλαγές στις αεροδυναμικές δυνάμεις κατά τη διάρκεια κάθε περιστροφής.
Μπορούν να εγκατασταθούν σε ανοιχτά θάλασσα σε πλατφόρμες πλοίων ή σταθερές θεμελίωσεις, όπου η ταχύτητα του ανέμου είναι υψηλότερη και πιο σταθερή.
Τα μειονεκτήματα των HAWTs είναι:
Απαιτούν έναν ψηλό πύργο και μεγάλη έκταση γης για να αποφύγουν την ταραχή και την αλληλεπίδραση από κοντινές δομές ή οροσειμα.
Είναι πιο ακριβά και περίπλοκα να εγκατασταθούν και να διατηρηθούν από τις VAWTs επειδή έχουν περισσότερα κινούμενα μέρη και ηλεκτρικά συστατικά.
Είναι πιο ευάλωτες σε κόπωση και ζημία από ισχυρούς ανέμους, βροχοπτώσεις, κεραυνούς, πουλιά ή πάγο.
Μια ανεμογεννήτρια με κάθετο άξονα (VAWT) ορίζεται ως ανεμογεννήτρια που έχει κάθετο ή κάθετο άξονα περιστροφής σε σχέση με το έδαφος. Οι VAWTs είναι λιγότερο κοινές από τις HAWTs, αλλά έχουν κάποια πλεονεκτήματα για μικρής κλίμακας και αστικές εφαρμογές. Συνήθως έχουν δύο ή τρία πτερύγια που είναι είτε ευθεία είτε καμπυλωμένα.
Οι βασικοί συνιστώσες μιας VAWT είναι:
Ο ρότορας, που αποτελείται από τα πτερύγια και τον κάθετο πίνακα που τα συνδέει με τον γεννήτρια.
Ο γεννήτρια, που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια του ρότορα σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η βάση, που υποστηρίζει τον ρότορα και τον γεννήτρια και τους συνδέει με το έδαφος.
Η λειτουργία μιας VAWT βασίζεται στην αντίσταση, η οποία είναι η δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση ενός αντικειμένου όταν ο αέρας ρέει πάνω από την επιφάνειά του. Τα πτερύγια μιας VAWT είναι συμμετρικά ή ασυμμετρικά, τα οποία δημιουργούν διαφορετικές ποσότητες αντίστασης όταν αντιμετωπίζουν ή αντιτίθενται στην κατεύθυνση του ανέμου. Αυτή η διαφορά αντίστασης προκαλεί τα πτερύγια να περιστρέφονται γύρω από τον κάθετο άξονα, ο οποίος στη συνέχεια οδηγεί τον γεννήτρια να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Το επίπεδο του ρότορα μιας VAWT δεν χρειάζεται να είναι στροφογεννημένο με την κατεύθυνση του ανέμου επειδή μπορεί να αισθάνεται αέρα από κάθε κατεύθυνση. Επομένως, μια VAWT δεν έχει ένα σύστημα yaw ή έναν ανεμομετρικό. Ωστόσο, μια VAWT μπορεί να έχει ένα σύστημα pitch που αλλάζει τη γωνία επίθεσης των πτερυγίων για να ελέγξει την ταχύτητα περιστροφής και την εξόδο ισχύος.
