Сравнение горизонтальных и вертикальных ветряных турбин

Ветряные турбины отличаются по размерам и конструкции, при этом ориентация оси — горизонтальная или вертикальная — делает главное отличие. Понятно, что в ветротурбине с горизонтальной осью вертикальный пропеллер крутится по направлению ветра по горизонтали, а в ветротурбине с вертикальной осью лопасти вращаются вокруг вертикальной оси по направлению ветра в вертикальном положении.

В результате долгой эксплуатации стало очевидным, что горизонтально-осевые ветровые турбины, или HAWT, хорошо работают на открытых пространствах, тогда как VAWT имеют намного меньше ограничений и поэтому могут быть установлены на вершинах холмов и крышах домов в районах города.

Общий обзор VAWT и HAWT

Для HAWT важно направление ветра, так как лопасти более производительны, когда ветер дует под правильным углом. Плюс к этому, они обычно имеют привод вращения для регулировки лопастей в зависимости от направления ветра.

Напротив, вертикально-осевая ветровая турбина не так напрямую зависит от угла ветра и будет работать при намного низкой скорости ветра, чем средняя HAWT. Впрочем существует несколько конструкций ветровых турбин с горизонтальной осью, к примеру, ветровая турбина TBHAWT Manufacturing, которым получается избежать потери эффективности, будучи спроектированными так, чтобы сохранять результативность даже при скорости ветра 8 мс или меньше.

Ветряные турбины с вертикальной осью стоят вертикально или перпендикулярно земля, преобразовывая ветер со всех 360 градусов вокруг. Будучи замечательно подходящими для районов города, VAWT могут применяться в местах с непостоянными ветрами или в сложных деревенских районах.

Не обращая внимания на данные факты, VAWT кажутся менее производительными, чем HAWT, из-за намного низкой рабочей скорости и следующей производительности, однако они точно считаются прекрасным выбором для индивидуального подсобного хозяйства с ветрами высокой турбулентности.

HAWT и VAWT, производящие электрическую энергию менее 100 кВт, считаются малыми и как правило применяются на местном уровне для домашних потребностей. Но есть определенные конструкции HAWT с производством более 50 кВт, которые оказались выгодными благодаря хорошему комбинированию экономичной эффективности и охвата потребителей.

Малые ветряные турбины очень популярны, поскольку они требуют меньше земли и инвестиций, чем большие. Малые ВТ особенно подойдут для удалённых и несетевых районов, и могут быть подключены или отключены от национальных линий электропередач.

Горизонтально-осевая ветряная турбина

Горизонтально-осевые ветряные турбины применяют энергию ветра через лопасти, направленные по горизонтальной оси параллельно земля. HAWT направлена перпендикулярно ветру, поэтому лопасти ветряной турбины вращаются, следуя аэродинамическому подъему.

Горизонтально-осевые ВЭТ преобладают на рынке ветроэнергетики, так как их конструкция дает возможность получать больше энергии за счёт полного вращения лопастей в условиях постоянного ветрового потока. Более того, горизонтально-осевые ветряные турбины устойчивы к обратному движению, что тоже считается преимуществом для этого типа генерации энергии.

Чтобы достичь самой большой эффективности, горизонтально-осевые ветряные турбины должны быть расположены в направлении ветра. Если направление ветра изменчиво, результативность производства энергии может иногда существенно понижаться.

Однако данный недостаток устраняется, если ферма горизонтально-осевых ветровых турбин размещена в правильно выбранном районе с постоянным, однонаправленным потоком ветра.

Маленькие ветряные турбины часто оборудованы флюгером для выравнивания с направлением ветра, тогда как большие ветряные турбины оборудованы измерителем рысканья для корректировки положения ветряной турбины для поддерживания выравнивания с потоком ветра. Методичный, стабильный поток ветра важен, когда оператор ищет экономически идеальное решение.

Тихая ветряная турбина Liam F1 на 1,500 кВт

Ветряная турбина с вертикальной осью

Лопасти ветровой турбины с вертикальной осью вращаются перпендикулярно земля и вокруг вертикальной оси, применяя для работы эффекты сопротивления и подъемной силы. Не обращая внимания на малую популярность если сравнивать с HAWT, VAWT могут принимать и обрабатывать ветер с любого направления, поэтому они прекрасно подойдут для городских и пригородных районов с турбулентными, непостоянными ветрами.

Редуктор ветровой турбины и часть ее оборудования могут быть установлены ближе к земля. Таким образом, пользователь ветряной турбины может существенно оптимизировать затраты на работы по обслуживанию, что, наряду с менее шумной системой, создаёт более прекрасные условия для общего проживания.

Ветровые турбины с вертикальной осью довольно восприимчивы к обратному движению благодаря тому, что лопасти вращаются вдоль направления ветра, тогда как они должны вернуться в поток ветра, перед тем как их оттолкнет назад.

В конце концов, новые исследования показывают, что вертикально-осевые ветряные турбины не так уж резко отличаются от горизонтально-осевых — результативность ветряной турбины напрямую зависит от ветровых условий в районе и необходимого объема производства электричества.

Вращение

Во время вращения лопасти HAWT испытывают действие переменчивой инерционной силы и каждый раз работающей силы тяжести. Из-за таких воздействий лопасти HAWT испытывают переменную нагрузку, что плохо проявляется на усталостной прочности лопастей.

При вращении вертикально-осевой ветряной турбины получаемые воздействия намного стабильнее благодаря инерционной силе и стабилизации гравитации. В данном отношении нагрузка фиксирована, поэтому усталостная долговечность VAWT дольше, чем у HAWT.

Скорость ветра

Известно всем, что горизонтально-осевые ветряные турбины показывают хорошую производительность благодаря достаточной начальной скорости и постоянным потокам ветра. Однако нужно сказать, что результативность ветряной турбины в большой мере зависит от конструкции.

Для доказательства такой идеи Китайский центр исследований и разработок в области аэродинамики провел эксперимент с небольшой горизонтально-осевой ветровой турбиной с начальной скоростью около 5 мс и самой большой получившейся скоростью 5.9 мс.

Эксперимент показал, что такая стартовая скорость недостаточна для того, чтобы превзойти потребление энергии ветровой турбины, и поэтому считается неудовлетворительной. В то же время, другие ветровые турбины, с огромным диапазоном скорости ветра, например упомянутая выше WTW-55 от TBHAWT Manufacturing, считаются более перспективной ветровой турбиной с точки зрения коммерческого применения.

Ветряные турбины с вертикальной осью запускаются при намного низкой скорости ветра, что приводит к менее эффективной работе. Для обеспечения экономически обоснованной производительности необходимо подбирать вертикально-осевые ветряные турбины с Н-структурой — в данном случае оператор должен убедиться в точном соблюдении аэродинамического профиля и благоприятного угла установки. Таким образом, ветряная турбина с Н-образной системой будет запускаться с непревзойденной скоростью 2 мс.

Результативность

Горизонтально-осевые ветровые турбины преобладают на рынке ветроэнергетики благодаря намного более большой эффективности если сравнивать с VAWT. Со своей стороны, HAWT разделяют на большие и малые ветряные турбины, где большие ВТ нуждаются в больших площадках открытого типа, в совершенстве с выходом к морю, чтобы принимать больше ветра.

Как ветрогенератор без лопастей производит электроэнергию

Малые ветряные турбины имеют меньше ограничений и могут применяться как для небольших подсобных хозяйств, так же и для обеспечения поселка или города. Разумеется, все это напрямую зависит от размеров ветропарка — чем он выше, тем приличное количество домохозяйств он может эксплуатировать.

Когда говорится о коммерческом применении, горизонтально-осевые ветряные турбины оставляют VAWT далеко позади в плане масштабирования и производительности. Поскольку HAWT больше по размерам, их обслуживание обходится дороже, но одновременно они делают на порядок больше электрической энергии, чем средняя вертикально-осевая ветровая турбина.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОР WKV-600_24, обзор, работа

Необходимо напомнить, что вертикально-осевые ветровые турбины заметно неэффективны в высокоскоростных ветровых потоках из-за их по завершению невысоких пусковых факторов и трудностей с динамической стойкостью.

Как горизонтальные, так и вертикально-осевые ветровые турбины имеют собственные минусы и плюсы. Чтобы получить немалую часть из них, застройщику сначала необходимо решить, хотят ли они получить ветряную турбину для самообеспечения либо для монетизации энергии ветра, преобразовывая ветряные турбины в стабильный долговременный доход.