वायु ऊर्जा एक पुनर्नवीकरणीय और साफ शक्ति का स्रोत है जो ग्रीनहाउस गैसों के उत्सर्जन को कम कर सकता है और जीवाश्म ईंधन की निर्भरता को कम कर सकता है। वायु टरबाइन मशीनें हैं जो वायु की गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं। वायु टरबाइनों के दो मुख्य प्रकार होते हैं, जो उनके अक्ष की स्थिति पर आधारित होते हैं: अनुप्रस्थ और लंबवत।
एक अनुप्रस्थ अक्ष वायु टरबाइन (HAWT) एक वायु टरबाइन को परिभाषित किया जाता है जिसका अक्ष जमीन के सापेक्ष अनुप्रस्थ या समानांतर होता है। HAWTs बड़े पैमाने पर विद्युत उत्पादन के लिए प्रयोग की जाने वाली सबसे सामान्य वायु टरबाइन हैं। वे आमतौर पर तीन पंख रखते हैं जो विमान के प्रोपेलर के समान होते हैं, हालांकि कुछ में दो या एक पंख हो सकते हैं।
HAWT के मुख्य घटक हैं:
रोटर, जो पंखों और धुरी को जोड़ने वाले हब से मिलकर बना होता है।
नेकेल जिसमें जनरेटर, गियरबॉक्स, ब्रेक, यॉ उपकरण, और अन्य यांत्रिक और विद्युत घटक होते हैं।
टावर जो नेकेल और रोटर को समर्थित करता है और उन्हें जमीन से ऊपर उठाता है ताकि अधिक वायु पकड़ी जा सके।
फाउंडेशन जो टावर को जमीन से जोड़ता है और वायु टरबाइन से आने वाले लोड को स्थानांतरित करता है।
HAWT का कार्य सिद्धांत उठाव पर आधारित है, जो एक ऐसी शक्ति है जो एक वस्तु को ऊपर धकेलती है जब हवा उसकी सतह पर बहती है। HAWT के पंख एयरफोइल के आकार के होते हैं, जो हवा के बहने पर उनके ऊपरी और निचले सतहों के बीच एक दबाव का अंतर उत्पन्न करते हैं। यह दबाव का अंतर पंखों को अनुप्रस्थ अक्ष के चारों ओर घूमने के लिए मजबूर करता है, जिससे धुरी और जनरेटर विद्युत उत्पन्न करने के लिए चलते हैं।
HAWT का रोटर तल हवा की दिशा के साथ संरेखित होना चाहिए ताकि इसकी दक्षता अधिकतम हो। इसलिए, HAWT में एक हवा सेंसर और एक यॉ उपकरण होता है जो नेकेल की दिशा को हवा की दिशा के अनुसार समायोजित करता है। HAWT में एक पिच उपकरण भी होता है जो पंखों के आक्रमण कोण को बदलकर उनकी घूर्णन गति और शक्ति उत्पादन को नियंत्रित करता है।
HAWTs के फायदे हैं:
वे लंबवत अक्ष वायु टरबाइन (VAWTs) की तुलना में अधिक दक्ष होते हैं क्योंकि वे कम ड्रैग के साथ अधिक वायु ऊर्जा पकड़ सकते हैं।
वे VAWTs की तुलना में कम टोक रिपल और यांत्रिक तनाव के साथ होते हैं क्योंकि उनमें प्रत्येक घूर्णन के दौरान एरोडायनामिक बलों में कम परिवर्तन होते हैं।
वे उच्च और अधिक स्थिर वायु गति के साथ उपसागरीय क्षेत्रों में तैनात किए जा सकते हैं, जहाँ वे तैरती प्लेटफॉर्म या स्थिर फाउंडेशन पर लगाए जा सकते हैं।
HAWTs के नुकसान हैं:
उन्हें एक ऊंचा टावर और एक बड़ा भू क्षेत्र की आवश्यकता होती है ताकि निकटवर्ती संरचनाओं या भूभाग से उत्पन्न होने वाले टर्बुलेंस और हस्तक्षेप से बचा जा सके।
वे VAWTs की तुलना में अधिक महंगे और जटिल लगाने और रखरखाव करने में होते हैं क्योंकि उनमें अधिक गतिशील भाग और विद्युत घटक होते हैं।
वे उच्च वायु, तूफान, बिजली, पक्षियों, या बर्फ से थकान और क्षति के लिए अधिक संवेदनशील होते हैं।
लंबवत अक्ष वायु टरबाइन (VAWT) एक वायु टरबाइन को परिभाषित किया जाता है जिसका अक्ष जमीन के सापेक्ष लंबवत या लम्बवत होता है। VAWTs, HAWTs की तुलना में कम सामान्य होते हैं, लेकिन छोटे पैमाने और शहरी अनुप्रयोगों के लिए उनके कुछ फायदे होते हैं। वे आमतौर पर दो या तीन पंख रखते हैं जो सीधे या घुमावदार हो सकते हैं।
VAWT के मुख्य घटक हैं:
रोटर, जो पंखों और ऊर्ध्वाधर धुरी से मिलकर बना होता है जो उन्हें जनरेटर से जोड़ती है।
जनरेटर, जो रोटर की यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
बेस, जो रोटर और जनरेटर को समर्थित करता है और उन्हें जमीन से जोड़ता है।
VAWT का कार्य सिद्धांत ड्रैग पर आधारित है, जो एक ऐसी शक्ति है जो एक वस्तु को विरोध करती है जब हवा उसकी सतह पर बहती है। VAWT के पंख सममित या असममित हो सकते हैं, जो हवा की दिशा के अनुसार विभिन्न मात्रा में ड्रैग उत्पन्न करते हैं। यह ड्रैग का अंतर पंखों को लंबवत अक्ष के चारों ओर घूमने के लिए मजबूर करता है, जिससे जनरेटर विद्युत उत्पन्न करने के लिए चलता है।
VAWT का रोटर तल हवा की दिशा के साथ संरेखित होने की आवश्यकता नहीं होती क्योंकि यह किसी भी दिशा से हवा पकड़ सकता है। इसलिए, VAWT में यॉ उपकरण या हवा सेंसर नहीं होता। हालांकि, VAWT में एक पिच उपकरण हो सकता है जो पंखों के आक्रमण कोण को बदलकर उनकी घूर्णन गति और शक्ति उत्पादन को नियंत्रित करता है।
VAWT के फायदे हैं:
वे HAWTs की तुलना में कम लगात और रखरखाव की लागत के साथ होते हैं क्योंकि उनमें कम गतिशील भाग और विद्युत घटक होते हैं।
