Horisontaal- ja vertikaalteljega tuuliturbinad: võrdlus

Tuulenergia on taastuv ja puhta energiaallikas, mis vähendab kasvuhoonegaaside heitkoguseid ja sõltuvust fossiilsetest kütustest. Tuuliturbinad on masinad, mis teisendavad tuule kinetilist energiat elektrivajalikuks. Tuuliturbinad jagunevad peamiselt kaheks tüübiks nende telje asenduse järgi: horisontaalne ja vertikaalne.

Mis on horisontaalse teljega tuuliturbin?

Horisontaalse teljega tuuliturbin (HAWT) defineeritakse kui tuuliturbin, millel on horisontaalne või maapinnaga paralleelne pöörlemistelg. HAWTd on kõige levinumad tuuliturbinad, mis kasutatakse suurte määra elektri tootmiseks. Need tavaliselt kolmepäikese omavad, mis välja näevad nagu lennukite propellid, kuigi mõned võivad omada ka kahte või ühte päikest.

HAWTi peamised komponendid on:

• Rotor, mis koosneb päikesedest ja hubist, mis neid teljega ühendab.

• Nacelle sisaldab generaatorit, värskesteerimissüsteemi, remmi, yaw süsteemi ja muud mehaanilisi ja elektroonilisi komponente.

• Torn toetab nacelle ja rotori ning tõstab need maapinnast kõrgemale, et saada rohkem tuult.

• Põhiline kiinnitab torni maapinnale ja edastab laengut tuuliturbinilt.

HAWTi tööpõhimõte põhineb tõusva jõu, mis on jõud, mis tõstab objekti üles, kui õhk liigub selle pinna kohal. HAWTi päikesed on kujundatud õhukereadena, mis loovad rõhuerinevuse nende ülemise ja alumise pinnavahele, kui tuul puudutab. See rõhuerinevus põhjustab päikeseid pöörduda horisontaalses teljes, mis omakorda käivitab telje ja generaatori elektri tootmiseks.

HAWTi rotoripind peab olema sünkroniseeritud tuula suunaga, et maksimeerida selle efektiivsust. Seetõttu on HAWTil tuulasensor ja yaw süsteem, mis korrigeerivad nacelle orientatsiooni vastavalt tuula suunale. HAWTil on ka pitch süsteem, mis muudab päikese risttuletiskulma, et kontrollida nende pööretkiirust ja võimsust.

HAWTi eelised on:

• Need on efektiivsemad kui vertikaalse teljega tuuliturbinad (VAWTd), kuna need saavad rohkem tuuleenergiat vähema hõõrdega.

• Need on madalamad torque ripple ja mehaaniline stress kui VAWTd, kuna neil on vähem aerodünaamiliste jõudude muutusi igal pööreel.

• Need saavad paigutada merepinnale pooluvate platvormide või fikseeritud alusega, kus tuuli kiirus on kõrgem ja regulaarsem.

HAWTi puudused on:

• Neile on vaja kõrget türni ja suurt maapinda, et vältida turbulentsi ja segadust lähedaste struktuuride või territooriumiga.

• Need on kallimad ja keerulisemad paigutada ja hooldada kui VAWTd, kuna neil on rohkem liiguvaid osi ja elektroonilisi komponente.

• Need on tundlikumad suure tuule, orkaanide, salvestikut, lindude või jää tõttu tekkinud väsimuse ja kahju suhtes.

Mis on vertikaalse teljega tuuliturbin?

Vertikaalse teljega tuuliturbin (VAWT) defineeritakse kui tuuliturbin, millel on vertikaalne või maapinnaga risti olev pöörlemistelg. VAWTd on harvemad kui HAWTd, kuid neil on mõned eelised väikeste skaala ja linnade rakenduste jaoks. Need tavaliselt kaks või kolm päikese omavad, mis võivad olla nii sirged kui ka kõverad.

VAWTi peamised komponendid on:

• Rotor, mis koosneb päikesedest ja vertikaalsest teljest, mis neid generaatoriga ühendab.

• Generaator, mis teisendab rotori mehaanilist energiat elektrivajalikuks.

• Alus, mis toetab rotori ja generaatorit ning ühendab need maapinnaga.

VAWTi tööpõhimõte põhineb hõõrde jõul, mis on jõud, mis vastandab objekti liikumist, kui õhk liigub selle pinna kohal. VAWTi päikesed on sümmeetrilised või asymmeetrilised, mis loovad erinevat hõõrde, kui nad seisavad või vastandavad tuula suunda. See hõõreerinevus põhjustab päikeseid pöörduda vertikaalses teljes, mis omakorda käivitab generaatori elektri tootmiseks.

VAWTi rotoripind ei pea olema sünkroniseeritud tuula suunaga, kuna see saab tuult kõikidest suundadest. Seetõttu ei vaja VAWTil yaw süsteemi ega tuulasensorit. Siiski võib VAWTil olla pitch süsteem, mis muudab päikese risttuletiskulma, et kontrollida nende pööretkiirust ja võimsust.

VAWTi eelised on:

• Neil on madalamad installatsioonikulud ja hoolduskulud kui HAWTd, kuna neil on vähem liiguvaid osi ja elektroonilisi komponente.

• Neil on madalamad müra tasemed kui HAWTd, kuna need pöördnevad aeglasemini.

• Need saavad paigutada katusele või ehitiste lähedale, kuna neil on madalamad kõrgused ja väiksemad jalajäljed kui HAWTd.

VAWTi puudused on:

• Need on vähem efektiivsed kui HAWTd, kuna neil on rohkem hõõrde ja vähem tõusu.

• Need on kõrgemad torque ripple ja mehaaniline stress kui HAWTd, kuna neil on rohkem aerodünaamiliste jõudude muutusi igal pööreel.

• Need ei saa paigutada merepinnale, kuna need on vähem stabiilsed ja kestlikud kui HAWTd.

Vertikaalse teljega tuuliturbinad tüübid

On kaks peamist VAWT tüüpi, mis põhinevad nende päikese disainil: Darrieus ja Savonius.

Darrieus turbinad

Darrieus turbinad on VAWTd, millel on kõverad päikesed, mis näevad välja nagu munakirjur või trochoid. Need leiutasid prantsuse insener Georges Darrieus 1931. aastal. Darrieus turbinad kasutavad nii tõusu kui ka hõõrde oma päikeseid pöörama. Nad saavad saavutada kõrgeid pööretkiiruseid, kuid neil on vaja välise käivitusmehhanismi, nagu elektrimootor või teine turbin, kuna need ei saa ise käivituda.

Darrieus turbine eelised on:

• Neil on kõrgem võimsuse kordaja kui Savonius turbinatel, kuna need kasutavad nii tõusu kui ka hõõrde.

• Neil on madalam soliidisuhe kui Savonius turbinatel, kuna neil on vähem päikeseid suuremate vahekohtadega.

Darrieus turbine puudused on: