Rodzaje turbin wiatrowych

Turbiny wiatrowe można podzielić na dwie główne grupy. Są to turbiny o poziomej osi obrotu, tzw. HAWT oraz turbiny o pionowej osi obrotu, tzw. VAWT. W obrębie obu grup istnieje szereg różnych rozwiązań, a ponadto cały czas trwają badania nad stworzeniem innych.

Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines)

Należą one do najczęściej spotykanych rozwiązań konstrukcyjnych, to właśnie one pierwsze przychodzą na myśl, kiedy wspominamy o turbinach wiatrowych. Ich wirniki są zwykle trójpłatowe, gdyż  taka forma zyskała największa światową popularność. Mimo to można również spotkać turbiny o dwóch łopatach. Takie rozwiązania stosowane są przede wszystkim w Holandii i USA. Jej zalety to mniejsza masa wirnika i niższe koszty inwestycyjne, jednak aby uzyskać podobne uzyski do wirników trójpłatowych, potrzebuje ona większej prędkości obrotowej. Wpływa to na wywoływanie większego hałasu. Dość dziwnie wyglądającym rodzajem jest wirnik jednopłatowy, posiada on te same wady, w stosunku to konstrukcji z trzema płatami, co turbiny dwupłatowe. Emitują więcej hałasu i potrzebują większych prędkości obrotowych. Jest to jednak bardzo rzadko spotykane rozwiązanie, które nadal produkuje się we Włoszech. Jednak to rozwiązanie jest spotykane bardzo rzadko.  Jedyną zaletą ich stosowania jest niższy koszt inwestycyjny niż w przypadku rozwiązań standardowych. Amerykańskie wiatraki służące do napędzania pomp wodnych, posiadają nawet kilkanaście łopat.

Turbiny wiatrowe o poziomej osi obrotu można klasyfikować także według położenia wirnika. Wyróżnia się wtedy turbiny z wirnikiem przed (up-wind) lub za (down-wind) masztem w stosunku do kierunku wiatru, przy czym więcej jest elektrowni typu up-wind, czyli nawietrznych. Jest to bardziej korzystne z uwagi na możliwość uniknięcia negatywnego wpływu cienia aerodynamicznego, który jest wytwarzany przez wieżę i gondolę, ale wymagany jest dodatkowy mechanizm ustawiania wirnika na wiatr. Turbiny typu down-wind (zawietrzne) posiadają wirnik umieszczony za masztem w stosunku do wiejącego wiatru. Gondola, w której znajduje się cały mechanizm pozwalający na zamianę energii kinetycznej wiatru w prąd elektryczny, ma kształt zapewniający samoczynne kierunkowanie się wirnika, dzięki czemu nie trzeba stosować mechanizmu odchylania wirnika. Wśród tego typu charakterystyczne są również turbiny wyposażone w dyfuzor, są to tzw. turbiny DAWT (Diffuser Augmented Wind Turbine). Ich zasada działania jest ściśle związana z prawem Bernoulliego, które opisuje zachowanie się gazu w rurze o różnej średnicy wlotowej i wylotowej. Gaz po przejściu przez dyfuzor zwiększa swoją prędkość przepływu. Jeśli tradycyjny wirnik umieścimy w przewężeniu tunelu, to będzie on wirował szybciej w porównaniu z jego odpowiednikiem umieszczonym na zewnątrz dyfuzora. Natomiast obecność szczeliny w dyfuzorze wpływa na zwiększenie sprawności wirnika.

Turbiny o pionowej osi obrotu VAWT (Vertical Axis Wind Turbines)

Są one stosowane znacznie rzadziej niż opisywany wcześniej typ. Najpopularniejsze z nich to turbiny z wirnikiem Darrieus’a. Ich nazwa wywodzi się od nazwiska francuskiego inżyniera, który opatentował to rozwiązanie w 1931 r. Obecnie produkowane turbiny tego typu posiadają dwie lub trzy łopaty o stałej cięciwie i symetrycznym profilu. Są zamocowane na pionowym wale, skręcone i wygięte w płaszczyźnie osi turbiny, a do wykonywania ich stosuje się głównie aluminium. Górne łożysko wału turbiny utrzymywane jest we właściwym położeniu za pomocą stalowych odciągów, natomiast w płaszczyźnie równikowej łopat stosuje się niewielkie płytki. Kiedy wał turbiny przekroczy graniczną prędkość, wychylają się one z płaszczyzny łopat powodując powstanie aerodynamicznego momentu hamującego. Turbiny tego typu są dość proste w obsłudze dzięki umieszczeniu generatora i przekładni na ziemi. Nie trzeba stosować wieży ani mechanizmu ustawiania wirnika na wiatr. Jest to jednak rozwiązanie o niskiej efektywności (mała prędkość wiatru nad ziemią), które wymaga wstępnego rozpędzania z uwagi na mały moment rozruchowy. Innym typem turbiny o pionowej osi obrotu, a jednocześnie najprostszym w budowie, jest turbina Savoniusa. W celu zmniejszenia różnic w momencie startowym, w zależności od położenia wirnika względem kierunku wiatru, montuje się zespoły obrócone względem siebie o 90 stopni. W rzucie z góry łopaty powyginane są w kształt litery S. Istnieją modyfikacje tej turbiny, np. tzw. „świderkowe” turbiny fińskiej firmy WINDSIDE. Atutem podkreślanym przez producenta jest zdolność do przetrwania silnych wiatrów, a także wykorzystanie siły wiatru nawet od 1,5 m/s. Dodatkowo turbiny tego typu nie generują prawie żadnych dźwięków. Kolejną odmianą jest turbina H-Darrieus („Gyromill”) w kształcie litery H. Wyposażona w dwie lub trzy łopaty proste, które są równoległe do osi obrotu.

Previous Article

Prąd ze słońca – czy tylko z PV?

Next Article

Pilotażowy projekt magazynu energii z bateriami przepływowymi

Dodaj komentarz