Turbin Angin Sumbu Mendatar dan Tegak: Perbandingan

Tenaga angin adalah sumber tenaga yang boleh diperbaharui dan bersih yang boleh mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan kebergantungan kepada bahan api fosil. Turbin angin adalah mesin yang menukar tenaga kinetik angin menjadi tenaga elektrik. Terdapat dua jenis utama turbin angin berdasarkan orientasi paksi mereka: mendatar dan menegak.

Apa itu Turbin Angin Berpaksi Mendatar?

Turbin angin berpaksi mendatar (HAWT) ditakrifkan sebagai turbin angin yang mempunyai paksi putaran mendatar atau selari dengan tanah. HAWT adalah jenis turbin angin yang paling biasa digunakan untuk penjanaan elektrik berskala besar. Mereka biasanya mempunyai tiga bilah yang mirip dengan propeler pesawat, walaupun beberapa mungkin mempunyai dua atau satu bilah.

Komponen utama HAWT adalah:

• Rotor, yang terdiri daripada bilah-bilah dan hub yang menghubungkannya ke poros.

• Nacelle yang menyimpan janaan, gearboks, brek, sistem yaw, dan komponen mekanikal dan elektrik lainnya.

• Menara yang menyokong nacelle dan rotor serta meninggikan mereka di atas tanah untuk menangkap lebih banyak angin.

• Asas yang menambatkan menara ke tanah dan memindahkan beban dari turbin angin.

Prinsip kerja HAWT didasarkan pada gaya angkat, yang merupakan gaya yang mendorong objek ke atas apabila udara mengalir di permukaannya. Bilah-bilah HAWT berbentuk seperti airfoil, yang menciptakan perbezaan tekanan antara permukaan atas dan bawahnya apabila angin berhembus. Perbezaan tekanan ini menyebabkan bilah-bilah berputar di sekitar paksi mendatar, yang seterusnya menggerakkan poros dan janaan untuk menghasilkan elektrik.

Rataan rotor HAWT harus diselaraskan dengan arah angin untuk memaksimumkan efisiensinya. Oleh itu, HAWT mempunyai sensor angin dan sistem yaw yang menyesuaikan orientasi nacelle mengikut arah angin. HAWT juga mempunyai sistem pitch yang mengubah sudut serangan bilah-bilah untuk mengawal kelajuan rotasi dan output kuasa mereka.

Kelebihan HAWT adalah:

• Mereka mempunyai efisiensi yang lebih tinggi daripada turbin angin berpaksi menegak (VAWTs) kerana mereka dapat menangkap lebih banyak tenaga angin dengan geseran yang lebih sedikit.

• Mereka mempunyai gelombang tork yang lebih rendah dan stres mekanikal yang lebih rendah daripada VAWTs kerana mereka mempunyai perubahan gaya aerodinamik yang lebih sedikit semasa setiap putaran.

• Mereka boleh dipasang di luar pesisir pada platform apung atau asas tetap, di mana kelajuan angin lebih tinggi dan lebih konsisten.

Kekurangan HAWT adalah:

• Mereka memerlukan menara yang tinggi dan kawasan tanah yang luas untuk mengelakkan turbulensi dan gangguan dari struktur atau bentuk tanah berdekatan.

• Mereka lebih mahal dan kompleks untuk dipasang dan diselenggara daripada VAWTs kerana mereka mempunyai lebih banyak bahagian bergerak dan komponen elektrik.

• Mereka lebih rentan terhadap keletihan dan kerosakan akibat angin kencang, ribut, petir, burung, atau ais.

Apa itu Turbin Angin Berpaksi Menegak?

Turbin angin berpaksi menegak (VAWT) ditakrifkan sebagai turbin angin yang mempunyai paksi putaran menegak atau tegak lurus dengan tanah. VAWT kurang biasa daripada HAWT, tetapi mereka mempunyai beberapa kelebihan untuk aplikasi berskala kecil dan perkotaan. Mereka biasanya mempunyai dua atau tiga bilah yang lurus atau melengkung.

Komponen utama VAWT adalah:

• Rotor, yang terdiri daripada bilah-bilah dan poros menegak yang menghubungkannya ke janaan.

• Janaan, yang menukar tenaga mekanikal rotor menjadi tenaga elektrik.

• Dasar, yang menyokong rotor dan janaan serta menghubungkannya ke tanah.

Prinsip kerja VAWT didasarkan pada gaya hambat, yang merupakan gaya yang menentang gerakan objek apabila udara mengalir di permukaannya. Bilah-bilah VAWT simetri atau tidak simetri, yang menciptakan jumlah gaya hambat yang berbeza apabila mereka menghadap atau menentang arah angin. Perbezaan gaya hambat ini menyebabkan bilah-bilah berputar di sekitar paksi menegak, yang seterusnya menggerakkan janaan untuk menghasilkan elektrik.

Rataan rotor VAWT tidak perlu diselaraskan dengan arah angin kerana ia dapat menangkap angin dari arah manapun. Oleh itu, VAWT tidak mempunyai sistem yaw atau sensor angin. Namun, VAWT mungkin mempunyai sistem pitch yang mengubah sudut serangan bilah-bilah untuk mengawal kelajuan rotasi dan output kuasa mereka.

Kelebihan VAWT adalah:

• Mereka mempunyai kos pemasangan dan penyelenggaraan yang lebih rendah daripada HAWTs kerana mereka mempunyai lebih sedikit bahagian bergerak dan komponen elektrik.

• Mereka mempunyai tahap bunyi yang lebih rendah daripada HAWTs kerana mereka berputar pada kelajuan yang lebih perlahan.

• Mereka boleh dipasang di atap atau dekat bangunan kerana mereka mempunyai ketinggian dan jejak kaki yang lebih kecil daripada HAWTs.

Kekurangan VAWT adalah:

• Mereka mempunyai efisiensi yang lebih rendah daripada HAWTs kerana mereka mempunyai lebih banyak hambatan dan lebih sedikit angkat.

• Mereka mempunyai gelombang tork yang lebih tinggi dan stres mekanikal yang lebih tinggi daripada HAWTs kerana mereka mempunyai lebih banyak perubahan gaya aerodinamik semasa setiap putaran.

• Mereka tidak boleh dipasang di luar pesisir kerana mereka kurang stabil dan tahan lama daripada HAWTs.

Jenis-jenis Turbin Angin Berpaksi Menegak

Terdapat dua jenis utama VAWT berdasarkan reka bentuk bilah: Darrieus dan Savonius.

Turbin Darrieus

Turbin Darrieus adalah VAWT yang mempunyai bilah melengkung yang mirip dengan pengacau telur atau trochoid. Mereka dicipta oleh jurutera Perancis Georges Darrieus pada tahun 1931. Turbin Darrieus menggunakan angkat serta hambat untuk memutar bilah-bilah mereka. Mereka boleh mencapai kelajuan rotasi yang tinggi, tetapi mereka memerlukan mekanisme permulaan luar, seperti motor elektrik atau turbin lain, kerana mereka tidak dapat memulakan sendiri.

Kelebihan turbin Darrieus adalah:

• Mereka mempunyai koefisien kuasa yang lebih tinggi daripada turbin Savonius kerana mereka menggunakan angkat serta hambat.

• Mereka mempunyai nisbah soliditi yang lebih rendah daripada turbin Savonius kerana mereka mempunyai lebih sedikit bilah dengan jurang yang lebih besar antara mereka.

Kekurangan turbin Darrieus adalah:

• Mereka memerlukan mekanisme permulaan luar kerana mereka