Co to jest turbina wiatrowa z osią pionową?
Turbina wiatrowa z pionową osią (VAWT), zwykle zbudowana tylko z dwóch lub trzech łopatek, jest rodzajem turbiny wiatrowej, w której główny wał wirnika porusza się w pionie, a nie w poziomie. Chociaż istnieją różne style tego rodzaju turbin, jedna wersja wygląda bardzo podobnie do jaja. Z drugiej strony jego ruch jest podobny do monety wirującej na krawędzi.
Kiedy większość ludzi słyszy zwrot „turbina wiatrowa”, wizualizuje turbinę wiatrową o poziomej osi (HAWT). HAWT wygląda bardzo podobnie do śmigła samolotu. Powodem, dla którego ludzie ściśle wiążą HAWT z koncepcją turbiny wiatrowej, jest po prostu to, że turbina wiatrowa o osi pionowej nie jest tak powszechna, jak jej poziomy odpowiednik. W rzeczywistości VAWT na ogół nie są wykorzystywane do celów komercyjnych i rzadko są podłączone do sieci elektroenergetycznych.
Oczywiście, pomimo różnic w wyglądzie i odrębnych trybach działania, zarówno VAWT, jak i HAWT wytwarzają energię elektryczną, przekształcając energię wiatru w moment obrotowy za pomocą obracającego się wału. Oznacza to, że wiatr obraca łopatki turbiny wiatrowej wokół wirnika turbiny. Ten wirnik z kolei jest połączony z głównym wałem turbiny, a ten główny wał napędza generator, który wytwarza energię elektryczną.
Konstrukcja turbiny wiatrowej o osi pionowej wiąże się z pewnymi korzyściami. Generator turbiny i skrzynia biegów mogą być umieszczone blisko poziomu gruntu, co ułatwia konserwację i obniża początkowe koszty budowy. Nie muszą również stawiać czoła wiatrowi jak HAWT, co zwiększa ich zdolność do wykorzystania siły wiatru, a tym samym zwiększa ich ogólną niezawodność. Producenci twierdzą również, że VAWT jest mniej hałaśliwy niż jego odpowiednik HAWT.
Podstawową wadą turbiny wiatrowej o pionowej osi jest jednak to, że jej wydajność jest zmniejszona, ponieważ prędkości wiatru są niższe blisko ziemi. Ten typ turbiny generalnie nie jest w stanie wytworzyć takiej ilości energii elektrycznej, jak konstrukcja HAWT. VAWT również nie uruchamiają się samoczynnie, co stanowi przeszkodę dla łączności z siecią energetyczną. Z tych powodów turbina wiatrowa o osi pionowej jest często wybierana do instalacji, gdy najważniejszy jest koszt lub niezawodność. Gdy najważniejsze czynniki to całkowita moc i wydajność, zwykle stosuje się turbinę wiatrową o poziomej osi.
Prowadzone są badania nad VAWT w celu zwiększenia ich wydajności energetycznej i zminimalizowania hałasu mechanicznego i aerodynamicznego. Inżynierowie mają nadzieję ulepszyć ten typ turbiny wiatrowej, aby ostatecznie mogła być szeroko stosowana w krajobrazie miejskim, gdzie przestrzeń dla instalacji farm wiatrowych jest ograniczona.
Spośród wielu typów turbin wiatrowych o pionowej osi, dwa najczęściej konstruowane to turbiny Savonious i Darrieus. Fiński inżynier Sigurd J. Savonius wynalazł prostą turbinę typu drag w 1922 roku, a francuski inżynier Georges Jean Marie Darrieus wynalazł swoją bardziej praktyczną turbinę typu lift w 1927 roku. Inne typy konstrukcji turbin wiatrowych z osią pionową obejmują turby, cichą rewolucję , aerotektura, giromill i cykloturbina.
Szczegółowe obliczenia dotyczące aerodynamiki wirnika turbiny wiatrowej w osi pionowej są dostępne online.