Типы ветряных турбин

В моей предыдущей статье объяснялось, что различные типы ветряных турбин используют кинетическую энергию ветра для выработки электроэнергии. Фактически, энергия ветра известна как самый чистый способ производства механической и/или электрической энергии. Полученную энергию можно классифицировать в зависимости от того, как собирается энергия ветра; наземный ветер и морской ветер. Прочтите статью ниже, чтобы узнать больше об этом!

Сегодня вы познакомитесь с различными типами ветряных турбин, их преимуществами и недостатками в различных сферах их применения.

Типы ветряных турбин

Ниже приведены различные типы ветряных турбин, используемых для производства электроэнергии.

Ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT)

Сегодня ветряные турбины с горизонтальной осью являются наиболее используемыми, хотя и существуют некоторые ограничения. Лопасти пропеллерного типа предназначены для вращения вокруг горизонтальной оси. Его компоненты включают в себя лопасти ротора, соединенные с валом, который, в свою очередь, соединен с генератором, вырабатывающим электрическую энергию. Эти лопасти выглядят как пропеллер самолета, установленный на вершине башни.

В этих типах ветряных турбин датчик ветра устанавливается на механизм рыскания (называемый гондолой), чтобы турбина могла правильно выровняться по направлению ветра. Таким образом, роторы обеспечивают более эффективное распределение энергии ветра.

Конструкция ветряных турбин с горизонтальной осью должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать вес компонентов устройства. Некоторые из этих компонентов включают лопасти ротора, редуктор, генератор и т. д. Кроме того, основание должно выдерживать сильный дующий ветер. Хотя в гондоле есть тормозной элемент, помогающий моментально остановить лопасти при сильном или неконтролируемом ветре.

Среди всех типов турбин ветряная турбина с горизонтальной осью имеет более высокий КПД и большую выработку электроэнергии. Эта турбина часто доступна в двух типах, а именно; турбины против и против ветра.

Ветряные турбины, направленные вверх:

В турбине HAWT, направленной против ветра, ветер достигает роторов раньше башни, то есть он сталкивается с ветром. Вот почему роторы не страдают от ветра за градирней, что обеспечивает более эффективную работу. Кроме того, система менее подвержена износу. Однако механизм рыскания увеличивает вес конструкции.

В большинстве конструкций роторы, направленные против ветра, не являются гибкими, чтобы они не изгибались и не сталкивались с башней. Это часто происходит при большой скорости ветра. Чтобы еще больше этого избежать, ротор размещен на некотором расстоянии от башни. Из-за этого производственные трудности этих типов ветряных турбин высоки. Негибкость лопастей ротора означает необходимость в более тяжелом материале для изготовления лопастей.

Ветряные турбины нижнего направления:

Эти типы ветряных турбин с горизонтальной осью менее распространены, но их конструкция очень похожа на предыдущий тип. Единственное отличие заключается в расположении ротора, который находится ниже по потоку от башни. В типах с попутным ветром ветер ударяет в башню до того, как достигнет лопастей. Конструкция обеспечивает большую гибкость лопастей ротора, что позволяет использовать более легкие материалы. Преимущества попутного ветра включают меньший вес конструкции и лучшую конструктивную динамику башни за счет того, что часть нагрузки с башни переносится на лопасти во время их работы.

Типы ветряных турбин с горизонтальной осью по направлению ветра не нуждаются в каком-либо механизме рыскания. Это связано с тем, что ротор и корпус спроектированы таким образом, что корпус следует направлению ветра. Поскольку ротор расположен ниже по потоку от башни, он подвергается затенению от ветра, что меняет количество вырабатываемой энергии. Затенение ветром также может вызывать усталость системных партнеров.

Преимущества и недостатки ВЭУ с горизонтальной осью вращения

Преимущества:

Ниже приведены преимущества ветряных турбин с горизонтальной осью.

• Из-за высокого основания башни возможен более сильный ветер.
• Поскольку лопасти движутся перпендикулярно ветру, мощность передается на протяжении всего вращения. Это повышает эффективность.

Недостатки:

Несмотря на хорошие преимущества ветряных турбин с горизонтальной осью, некоторые ограничения все же имеют место. Ниже приведены недостатки HAWT.

• Тяжелые компоненты, такие как лопасти, редуктор, генератор, требуются из-за массивной конструкции башни.
• Его компоненты поднимаются на место.
• Из-за высоты этих типов ветряных турбин они хорошо видны на больших площадях. Это нарушает внешний вид ландшафта и в некоторых случаях может вызвать местную оппозицию.
• Вариант с подветренной стороны страдает от усталости и разрушения конструкции, вызванных турбулентностью, когда лопасть проходит через ветровую тень башни. Вот почему большинство HAWT используют конструкцию, направленную против ветра, поскольку ротор обращен к ветру перед мачтой.
• Для поворота лопастей по ветру требуется дополнительный механизм контроля рыскания.
• Обрыв необходим, чтобы турбина не вращалась при сильном ветре. Это предотвратит разрушение системы сильным ветром.
• Циклические напряжения и вибрации возникают, когда турбина пытается повернуться лицом к ветру.

Ветряные турбины с вертикальной осью (VAWT)

В ветряных турбинах с вертикальной осью роторы вращают вал, установленный вертикально. Эта конструкция обеспечивает меньшую чувствительность к направлению ветра, что делает ее идеальной для ферм, где направление часто меняется. Другими словами, независимо от того, в каком направлении дует ветер, лопасти все равно будут двигаться и вращать вал, производя энергию.

у ветряных турбин с вертикальной осью генератор расположен близко к земле. Таким образом, дополнительный вес ротора уменьшается, и конструкция становится менее сложной. Это также упрощает техническое обслуживание по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью. Хотя ветряные турбины с вертикальной осью имеют меньшую эффективность, чем HAWT, из-за значительного сопротивления воздуха роторам. Другим фактором является меньшая выходная мощность, поскольку скорость ветра и его поток на расстоянии от земли выше и мягче, чем на уровне земли.

Турбина Савониуса, основанная на перетаскивании – у них обычно есть роторы со сплошными лопастями, которые вращаются вокруг вертикальной оси.

Лифтовая турбина или турбина Дарье - имеют высокий вертикальный аэродинамический профиль, хотя некоторые из них имеют форму взбивалки. Ветряной шпиль – это тип турбины, основанной на подъемной силе, хотя он все еще проходит независимые испытания.

Преимущества и недостатки ветряных турбин с вертикальной осью (VAWT)

Преимущества:

Ниже приведены преимущества ветряных турбин с вертикальной осью.

• Энергия вырабатывается при любом направлении ветра.
• Мощная опорная башня не требуется, так как большинство ее компонентов размещены на земле.
• Низкая стоимость производства по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью.
• Привод рыскания и механизм тангажа исключены, поскольку нет необходимости в том, чтобы турбина вращалась по направлению ветра.
• Простая установка
• Низкие затраты на обслуживание
• Легко переносить из одного места в другое.
• Подходит для районов с экстремальными погодными условиями.
• Они устанавливаются в городских районах.
• Низкий риск для людей и птиц, поскольку лопасти движутся с относительно низкой скоростью.

Недостатки:

• Эффективность низкая, поскольку одновременно работает только один блейд.
• Чтобы лезвия начали вращаться, требуется первоначальный толчок для запуска.
• Ветряные турбины с вертикальной осью менее эффективны из-за дополнительного сопротивления, создаваемого при вращении лопастей.
• Вибрация относительно высока, потому что воздушный поток у земли создает турбулентный поток.
• Эта вибрация увеличивает износ подшипников, что может привести к увеличению затрат на техническое обслуживание.
• VAWT создают шумовое загрязнение.

Заключение

Различные типы ветряных турбин подходят по той или иной причине. Типы с горизонтальной осью обычно используются из-за их эффективности, а ветряная турбина с вертикальной осью может использоваться в любой географической зоне из-за ее портативности. Вот и все в этой статье, типы ветряков, их преимущества и недостатки.

Я надеюсь, что вы многое почерпнули из этого поста, если да, поделитесь им с другими студентами. Спасибо за чтение. Увидимся в следующий раз!