Horizontālie un vertikālie ass vēja ģeneratori: Salīdzinājums

Vēja enerģija ir atjaunojama un tīra enerģijas avots, kas var samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas un fosilā kurināmā atkarību. Vēja turbīnas ir mašīnas, kas pārveido vēja kinētisko enerģiju elektroenerģijā. Ir divi galvenie vēja turbīnu veidi, atkarībā no to ass orientācijas: horizontālās un vertikālās.

Kas ir horizontālās ass vēja turbīna?

Horizontālās ass vēja turbīna (HAWT) definēta kā vēja turbīna, kuras ass ir horizontāla vai paralēla ar zemi. HAWT ir visizplatītākais vēja turbīnu veids, kas tiek izmantots lielapjoma elektrības ražošanai. Tās parasti ir aprīkotas ar trim asarkām, kas līdzinās lidmašīnas gaismām, lai gan dažas varētu būt ar divām vai vienu asarku.

HAWT galvenie komponenti ir:

• Rotoris, kas sastāv no asarkām un huba, kas tos savieno ar vaļu.

• Nakela, kurā ietilpst ģeneratora, pārnesuma jaudas bloka, sprādziena, stūra sistēmas un citas mehāniskās un elektriskās komponentes.

• Torņa struktūra, kas atbalsta nakelu un rotori un pacel tos virs zemes, lai uzsūktu vairāk vēja.

• Fondaments, kas ankrē torņu pie zemes un pārved vēja turbīnas slodzes.

HAWT darbības princips balstās uz liftu, kas ir spēks, kas nospiež objektu augšup, kad gaisa plūsme pārvietojas tā virsma. HAWT asarkas ir formāts, kas radīs spiediena atšķirību starp to virsmu augšdaļu un apakšdaļu, kad vēji dzen. Šī spiediena atšķirība izraisīs asarku rotāciju pa horizontālo asi, kas savukārt pārveidos vaļu un ģeneratoru, lai ražotu elektroenerģiju.

HAWT rotorplaknei jāatbilst vēja virzienam, lai maksimizētu tā efektivitāti. Tādēļ, HAWT ir vēja sensora un stūra sistēma, kas pielāgo nakelas orientāciju atbilstoši vēja virzienam. HAWT arī ir pitch sistēma, kas maina asarku piesātināšanas leņķi, lai kontrolētu to rotācijas ātrumu un jaudas iznākumu.

HAWT priekšrocības ir:

• Tās ir efektīvākas nekā vertikālās ass vēja turbīnas (VAWT), jo tās var uzsūkt vairāk vēja enerģijas ar mazāku traucienu.

• Tām ir zemāka momenta svārstība un mehāniska stresa nekā VAWT, jo tām ir mazāk aerodinamisko spēku maiņu katrā rotācijā.

• Tās var tikt instalētas jūras virsma uz plaukstošiem platformām vai fiksētiem fundamentiem, kur vēja ātrums ir augstāks un sasniedzams.

HAWT trūkumi ir:

• Tām nepieciešama augsta torņa struktūra un liels zemes platība, lai izvairītos no turbulences un ietekmes no tuvāko struktūru vai ainavas.

• Tās ir dārgākas un sarežģītākas instalēšanā un uzturēšanā nekā VAWT, jo tām ir vairāk kustīgās daļas un elektriskās komponentes.

• Tās ir vairāk pakļautas nomācībai un bojājumiem no stipriem vējiem, vētra, liekainiem, putniem vai ledus.

Kas ir vertikālās ass vēja turbīna?

Vertikālās ass vēja turbīna (VAWT) definēta kā vēja turbīna, kuras ass ir vertikāla vai perpendikulāra attiecībā pret zemi. VAWT ir mazāk izplatītas nekā HAWT, bet tās ir labākas mazapjomu un pilsētas aplikācijām. Tās parasti ir aprīkotas ar divām vai trim asarkām, kas var būt taisnas vai izliektas.

VAWT galvenie komponenti ir:

• Rotoris, kas sastāv no asarkām un vertikālās vaļas, kas tos savieno ar ģeneratoru.

• Ģeneratoris, kas pārveido rotora mehānisko enerģiju elektroenerģijā.

• Pamats, kas atbalsta rotoru un ģeneratoru un tos savieno ar zemi.

VAWT darbības princips balstās uz traucienu, kas ir spēks, kas pretojas objektam, kad gaisa plūsme pārvietojas tā virsma. VAWT asarkas ir simetriskas vai asimetriskas, kas radīs dažādas trauciena daudzumus, kad tās skatās vai pretojas vēja virzienam. Šis trauciena atšķirība izraisīs asarku rotāciju pa vertikālo asi, kas savukārt pārveidos ģeneratoru, lai ražotu elektroenerģiju.

VAWT rotorplaknei nav jāatbilst vēja virzienam, jo tā var uzsūkt vēju no jebkura virziena. Tādēļ, VAWT nav nepieciešama stūra sistēma vai vēja sensors. Tomēr, VAWT var būt pitch sistēma, kas maina asarku piesātināšanas leņķi, lai kontrolētu to rotācijas ātrumu un jaudas iznākumu.

VAWT priekšrocības ir:

• Tām ir zemākas instalācijas un uzturēšanas izmaksas nekā HAWT, jo tām ir mazāk kustīgās daļas un elektriskās komponentes.

• Tām ir zemāki troksnis nekā HAWT, jo tās rotē lēnāk.

• Tās var tikt instalētas jumta virsotnēs vai tuvumā ar ēkām, jo tām ir zemākas augstumu un mazākas pamata platības nekā HAWT.

VAWT trūkumi ir:

• Tām ir zemāka efektivitāte nekā HAWT, jo tām ir vairāk trauciena un mazāk lifta.

• Tām ir augstāka momenta svārstība un mehāniska stresa nekā HAWT, jo tām ir vairāk aerodinamisko spēku maiņu katrā rotācijā.

• Tās nevar tikt instalētas jūras virsma, jo tās ir mazāk stabili un ilgtspējīgas nekā HAWT.

Vertikālās ass vēja turbīnu veidi

Ir divi galvenie VAWT veidi, atkarībā no to asarku dizaina: Darrieus un Savonius.

Darrieus turbīnas

Darrieus turbīnas ir VAWT, kuru asarkas ir izliektas, kas līdzinās olbaltumierokļam vai trochoidam. Tās tika izgudrotas franču inženieris Žoržs Darrieus 1931. gadā. Darrieus turbīnas izmanto gan liftu, gan traucienu, lai rotētu asarkas. Tās var sasniegt augstu rotācijas ātrumu, bet tām ir nepieciešams ārējs startēšanas mehānisms, piemēram, elektromotors vai cita turbīna, jo tās nevar sākt patstāvīgi.

Darrieus turbīnu priekšrocības ir:

• Tām ir augstāka jaudas koeficients nekā Savonius turbīnām, jo tās izmanto gan liftu, gan traucienu.

• Tām ir zemāka solid