Преимущества и недостатки ветряных турбин с вертикальной осью

Когда люди думают о ветряных турбинах, они часто представляют себе обширные роторы системы с горизонтальной осью.Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT) имеет лопасти, установленные на верхней части конструкции главного вала, а не спереди, как у несущего винта самолета. Генератор обычно размещается у основания башни.

Используемые реже, чем их горизонтальные аналоги, VAWT более практичны в жилых районах. Две распространенные конструкции включают турбину, которая напоминает две половины барабана на 55 галлонов, каждая из которых прикреплена к вращающемуся элементу (ротор Савониуса), и меньшую модель, которая чем-то напоминает взбиватель яиц (модель Дарье). Чаще используются модели Savonius, которые пропускают воздух через ступицу для вращения генератора; турбина вращается за счет вращательного момента, когда воздух проходит через лопасти.

Устройство имеет две или три лопасти и может быть короче и ближе к земле, чем горизонтальная система. Giromill также имеет конструкцию взбивалки для яиц, но имеет две или три прямые лопасти на вертикальной оси. Спиральные лезвия представляют собой еще одну конструкцию, которая напоминает структуру, подобную ДНК. Как правило, ветряные турбины с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными конфигурациями.

Преимущества ВАВТ

Эти турбины имеют меньше деталей, чем те, которые ориентируют поворотный механизм и лопасти горизонтально. Это означает, что меньше компонентов изнашиваются и ломаются. Кроме того, опорная сила башни не должна быть такой большой, потому что редуктор и генератор находятся близко к земле. Детали для управления тангажем и рысканьем также не нужны.

Турбина также не обязательно должна быть обращена в правильном направлении ветра. В вертикальной системе поток воздуха с любого направления и скорости может вращать лопасти. Таким образом, систему можно использовать для выработки электроэнергии при порывистом ветре и когда он дует стабильно.

Другие преимущества включают в себя:

• Безопасность для рабочих: обслуживающему персоналу не нужно подниматься так высоко, чтобы добраться до частей башни. VAWT не только короче. У них также есть основные компоненты ближе к земле.Обслуживание генераторов, редукторов и большинства механических и электрических частей конструкции не требует масштабирования башни, поскольку они не установлены сверху. Подъемное оборудование и альпинистское снаряжение также не нужны.
• Масштабируемость: дизайн можно масштабировать до небольших размеров, даже таких маленьких, которые поместятся на городской крыше. В городах может не хватить места для всех технологий возобновляемой энергии, но вертикальные турбины представляют собой жизнеспособную альтернативу углеводородным источникам энергии.

Кроме того, VAWT являются:

• Дешевле в производстве, чем турбины с горизонтальной осью.
• Более прост в установке по сравнению с другими типами ветряных турбин.
• Возможность транспортировки из одного места в другое.
• Оснащен низкоскоростными лезвиями, снижающими риск для людей и птиц.
• Функционируют в экстремальных погодных условиях, при переменном ветре и даже в горных условиях.
• Допустимо там, где запрещено использование более высоких конструкций.
• Работают тише, поэтому не мешают людям в жилых кварталах.

По данным Института инженеров-механиков, ветряные турбины с вертикальной осью больше подходят для установки в более плотных массивах. До 10 раз короче, чем горизонтальные модели, они могут быть сгруппированы в массивы, которые даже создают турбулентность от одной турбины к другой, что помогает увеличить поток вокруг них. Поэтому ветер вокруг каждого ускоряется, увеличивая вырабатываемую мощность. Низкий центр тяжести также делает эти модели более устойчивыми для плавания в морских установках.

Основные преимущества по сравнению с горизонтальными турбинами

Вертикальная конструкция позволяет инженерам размещать турбины ближе друг к другу. Их группы не должны располагаться далеко друг от друга, поэтому ветряная электростанция не должна занимать столько земли. Близость горизонтальных ветряных турбин друг к другу может создавать турбулентность и снижение скорости ветра, что влияет на мощность соседних установок.

Отчет за 2017 год в Журнал возобновляемых и устойчивых источников энергии, цитируемый Phys.org, отметил, что, хотя ветряные турбины с вертикальной осью производят меньше энергии на одну башню, они могут генерировать в 10 раз больше энергии на сравнительной площади земли при размещении в массивах.

Недостатки VAWT

Не все лопасти создают крутящий момент одновременно, что ограничивает эффективность вертикальных систем в производстве энергии. Другие лезвия просто толкаются вперед. При вращении лопасти также испытывают большее сопротивление. Хотя турбина может работать при порывистом ветре, это не всегда так; низкий пусковой крутящий момент и проблемы с динамической стабильностью могут ограничивать функциональность в условиях, для которых турбина не была специально разработана.

Поскольку ветряные турбины расположены ниже земли, они не используют более высокие скорости ветра, которые часто встречаются на более высоких уровнях. Если установщики предпочитают возводить конструкцию на башне, то установить ее таким образом сложнее. Однако более практично устанавливать вертикальную систему на ровном основании, например, на земле или на крыше здания.

Вибрация иногда может быть проблемой и даже увеличивать шум, производимый турбиной. Воздушный поток на уровне земли может увеличить турбулентность, тем самым увеличивая вибрацию. Это может привести к износу подшипника. Иногда это может привести к увеличению объема технического обслуживания и, следовательно, к увеличению затрат, связанных с ним. В более ранних моделях лопасти были склонны к изгибу и растрескиванию, что приводило к выходу из строя турбины. Небольшие блоки на крышах зданий или других сооружений могут подвергаться ударным нагрузкам, которые добавляют боковую нагрузку, что требует постоянного обслуживания и использования более прочных и прочных материалов.

Идти по вертикали или нет

Хотя они производят меньше энергии, чем горизонтальные турбины, ветряные турбины с вертикальной осью по-прежнему производят энергию и могут быть лучшим вариантом в зависимости от применения. Они больше подходят там, где пространство ограничено, и их обслуживание сопряжено с меньшими проблемами и рисками.Эта конструкция оставалась популярной, поскольку инженеры решали проблемы и находили применение в небольших установках, особенно в городских районах. Со временем инженерные инновации могут повысить эффективность производства энергии VAWT и увеличить преимущества, которые они могут предложить в различных приложениях.

Присоединяйтесь к революции чистой энергии! Узнайте, как ваш дом может извлечь выгоду из энергии ветра.