Turbina ng Hangin sa Pahalang at Bertikal na Paksi: Isang Paghahambing

Ang enerhiya ng hangin ay isang renewable at malinis na pinagmulan ng kapangyarihan na maaaring bawasan ang paglabas ng greenhouse gas at dependensiya sa fossil fuel. Ang mga wind turbine ay mga makina na nagco-convert ng kinetic energy ng hangin sa electrical energy. Mayroong dalawang pangunahing uri ng wind turbines batay sa oryentasyon ng kanilang axis: horizontal at vertical.

Ano ang Horizontal Axis Wind Turbine?

Ang horizontal axis wind turbine (HAWT) ay inilalarawan bilang isang wind turbine na may horizontal o parallel na axis of rotation sa relatibo sa lupa. Ang HAWTs ang pinakakaraniwang uri ng wind turbines na ginagamit para sa large-scale electricity generation. Karaniwan silang may tatlong blades na kasing hitsura ng airplane propellers, bagaman may ilang na may dalawa o isang blade.

Ang pangunahing bahagi ng isang HAWT ay:

• Ang rotor, na binubuo ng mga blades at ang hub na nagsisilbing koneksyon sa shaft.

• Ang nacelle na sumasakop sa generator, gearbox, brake, yaw system, at iba pang mechanical at electrical components.

• Ang tower na sumusuporta sa nacelle at rotor at itinataas ito sa itaas ng lupa upang makuha ang mas maraming hangin.

• Ang foundation na nag-aanchor sa tower sa lupa at nagsisilbing transfer ng loads mula sa wind turbine.

Ang prinsipyong pampagtatrabaho ng isang HAWT ay batay sa lift, na ang force na ito ay nagpupush ng isang bagay pataas kapag ang hangin ay umagos sa ibabaw nito. Ang mga blades ng HAWT ay hugis airfoils, na lumilikha ng pressure difference sa kanilang upper at lower surfaces kapag ang hangin ay humuhudyok. Ang pressure difference na ito ay nagdudulot ng pag-ikot ng blades sa paligid ng horizontal axis, na sa kanyang pagkakataon ay nagdradrive ng shaft at generator upang bumuo ng kuryente.

Ang rotor plane ng isang HAWT ay dapat na ma-align sa direksyon ng hangin upang maimumize ang kanyang efisiensi. Kaya, ang HAWT ay may wind sensor at yaw system na nag-aadjust sa orientation ng nacelle ayon sa direksyon ng hangin. Ang HAWT ay may din pitch system na nagbabago ng angle of attack ng mga blades upang kontrolin ang kanilang rotational speed at power output.

Ang mga benepisyo ng HAWTs ay:

• May mas mataas na efisiensi kaysa sa vertical axis wind turbines (VAWTs) dahil maaari silang makuha ang mas maraming wind energy na may mas kaunti drag.

• May mas mababang torque ripple at mechanical stress kaysa sa VAWTs dahil may mas kaunting pagbabago sa aerodynamic forces sa bawat pag-ikot.

• Maaaring i-install offshore sa floating platforms o fixed foundations, kung saan ang bilis ng hangin ay mas mataas at mas consistent.

Ang mga kabawasan ng HAWTs ay:

• Nangangailangan ng matataas na tower at malaking lupain upang maiwasan ang turbulence at interference mula sa mga nearby structures o terrain.

• Mas mahal at mas komplikado ang installation at maintenance kaysa sa VAWTs dahil may mas maraming moving parts at electrical components.

• Mas susceptible sa fatigue at damage mula sa malakas na hangin, storms, lightning, birds, o ice.

Ano ang Vertical Axis Wind Turbine?

Ang vertical axis wind turbine (VAWT) ay inilalarawan bilang isang wind turbine na may vertical o perpendicular na axis of rotation sa relatibo sa lupa. Ang VAWTs ay mas kaunti kaysa sa HAWTs, ngunit mayroon silang ilang mga benepisyo para sa small-scale at urban applications. Karaniwan silang may dalawa o tatlong blades na straight o curved.

Ang pangunahing bahagi ng isang VAWT ay:

• Ang rotor, na binubuo ng mga blades at ang vertical shaft na nagsisilbing koneksyon sa generator.

• Ang generator, na nagco-convert ng mechanical energy ng rotor sa electrical energy.

• Ang base, na sumusuporta sa rotor at generator at nagsisilbing koneksyon sa lupa.

Ang prinsipyong pampagtatrabaho ng isang VAWT ay batay sa drag, na ang force na ito ay kontra sa motion ng isang bagay kapag ang hangin ay umagos sa ibabaw nito. Ang mga blades ng VAWT ay symmetrical o asymmetrical, na lumilikha ng iba't ibang halaga ng drag kapag sila ay nakaharap o kontra sa direksyon ng hangin. Ang drag difference na ito ay nagdudulot ng pag-ikot ng blades sa paligid ng vertical axis, na sa kanyang pagkakataon ay nagdradrive ng generator upang bumuo ng kuryente.

Ang rotor plane ng isang VAWT ay hindi kailangan na ma-align sa direksyon ng hangin dahil maaari itong makuha ang hangin mula sa anumang direksyon. Kaya, ang VAWT ay walang yaw system o wind sensor. Gayunpaman, ang VAWT ay maaaring magkaroon ng pitch system na nagbabago ng angle of attack ng mga blades upang kontrolin ang kanilang rotational speed at power output.

Ang mga benepisyo ng VAWTs ay:

• May mas mababang installation at maintenance costs kaysa sa HAWTs dahil may mas kaunting moving parts at electrical components.

• May mas mababang noise levels kaysa sa HAWTs dahil may mas mabagal na rotational speeds.

• Maaaring i-install sa rooftops o malapit sa mga buildings dahil may mas mababang heights at mas maliit na footprints kaysa sa HAWTs.

Ang mga kabawasan ng VAWTs ay:

• May mas mababang efisiensi kaysa sa HAWTs dahil may mas maraming drag at mas kaunti lift.

• May mas mataas na torque ripple at mechanical stress kaysa sa HAWTs dahil may mas maraming pagbabago sa aerodynamic forces sa bawat pag-ikot.

• Hindi maaaring i-install offshore dahil mas unstable at mas hindi durable kaysa sa HAWTs.

Mga Uri ng Vertical Axis Wind Turbines

Mayroong dalawang pangunahing uri ng VAWTs batay sa kanilang blade design: Darrieus at Savonius.

Darrieus Turbines

Ang Darrieus turbines ay mga VAWTs na may curved blades na kasing hitsura ng eggbeater o trochoid. Ito ay inimbento ng French engineer na si Georges Darrieus noong 1931. Ang mga Darrieus turbines ay gumagamit ng lift at drag upang ikot ang kanilang blades. Maaari silang makamit ang mataas na rotational speeds, ngunit kailangan nila ng external start-up mechanism, tulad ng electric motor o ibang turbine, dahil hindi sila maaaring self-start.

Ang mga benepisyo ng Darrieus turbines ay:

• May mas mataas na power coefficient kaysa sa Savonius turbines dahil gumagamit sila ng lift at drag.

• May mas mababang solidity ratio kaysa sa Savonius turbines dahil may mas kaunting blades na may mas malaking gaps sa pagitan ng bawat isa.

Ang mga kabawasan ng Darrieus turbines ay:

• Nangangailangan ng external start-up mechanism dahil hindi sila maaaring self-start.

• May mas mataas na centrifugal forces kaysa sa Savonius turbines dahil may mas mabilis na rotational speeds.

Tipid