Elektrownie wiatrowe - serwis informacyjny - Rodzaje elektrowni wiatrowych

Czyli turbiny wiatrowe o osi poziomej obortu - układ klasyczny. Można tak nazwać układ turbiny, która posiada tradycyjne "śmigło" o ilości łopat zależnej od wizji projektanta. Układy te są zwykle trójłopatowe, choć spotyka się nawet 2 i 1 łopatowe wirniki. W przypadku gdy chcemy aby wirnik posiadał duży moment startowy należy zwiększyć ilość łopat.

Przykładem tego typu mogą być amerykańskie wiatraki napędzające pompy wodne - posiadają one nawet kilkanaście łopat.

Wirniki tradycyjne można również podzielić pod względem ustawienia wirnika względem wiatru w stosunku do położenia masztu. Brzmi to może zawile, ale chodzi o to czy wirnik znajduje się przed, czy za masztem (w stosunku do wiejącego wiatru). W terminologi angielskiej nazywane jest to up-wind i down-wind.

Down-wind jest to niezbyt popularne rozwiązanie gdyż należy liczyć się ze stratami spowodowanymi częściowym (choć chwilowym) zacienieniem wirnika przez konstrukcję masztu.

Vertical Axis Wind Turbines

Czyli turbiny wiatrowe o pionowej osi obortu. Prace nad tego typu turbinami nie postępowały w takim tempie jak nad turbinami typu HAWT. W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami stanowią one niewielki procent obecnych instalacji. W 1931 francuz Darrieus opatentował wirnik który jest obecnie nazywany od jego nazwiska.

Z wszelkiego rodzaju publikacji wynika, że wirnik tego typu ma praktycznie zerowy moment startowy, w związku z czym konieczne jest wstępne napędzenie. Przykładem rozwiązania tego problemu jest zdjęcie obok ukazujące wirnik Darrieus'a wyposażony w dwa pomocnicze wirniki Savoniusa. Jest to dość nietypowe rozwiązanie - zwykle do tego celu wykorzystuje się silnik elektryczny.

W laboratoriach SANDIA NATIONAL LABORATORIES (USA) opracowano konstrukcję nazwaną EHD co można przetłumaczyć jako zwiększony stosunek wysokości do średnicy. Wiatrak ze zmodyfikowanym wirnikiem Darrieusa o stosunku wysokości do średnicy 2,8 i średnicy 17 m dawał moc 300 kW.

Inną odmianą wirnika Darrieusa jest H-Darrieus (H-rotor) o kształcie litery "H". Nie znalazłem komercyjnych rozwiązań wiatraków tego typu. Na zdjęciu przedstawiony jest wiatrak Kirke-Lazauskas o mocy 3 kW. Wyposażony w układ odśrodkowego regulatora kąta natarcia łopat.

Na stronie laboratorium aerodynamicznego uniwersytetu w Saratowie opisany jest wiatrak tego typu o średnicy 1,9m długości łopat 2m i wysokości masztu 5,5m. Daje on podobno 1,5 kW. Według danych z tej strony istnieje silna zależność momentu startowego od stosunku cięciwy (szerokości) łopat do średnicy wirnika.

Stosowane są również odmiany z ruchomym zawieszeniem łopat, lub tak jak w wypadku wiatraka "Windstar" firmy Wind Harvest (o mocach 25 i 50 kW uzyskiwanych z powierzchni 58 i 116 m2) zespoły o większej ilości łopat.

Wspomniana już wcześniej turbina Savoniusa jest najprostszym technologicznie rozwiązaniem idei VAWT. W celu zmniejszenia różnic w momencie startowym w zależności od położenia wirnika względem kierunku wiatru, montuje się zespoły obrócone względem siebie o 90 stopni (zdjęcie obok).

Istnieją "wariacje" na temat tej turbiny np. "świderkowe" turbiny fińskiej firmy WINDSIDE. Atutem akcentowanym przez producenta jest zdolność do przetrwania silnych wiatrów, oraz wykorzystanie siły wiatru nawet od 1,5 m/s !!! Dodatkowo turbiny tego typu nie generują prawie żadnych dzwięków (w odróżnieniu od np. tradycyjnych wiatraków - gdzie końcówki łopat poruszają się z szybkością 250 km/h)

Turbiny o osi poziomej wyposażone w dyfuzor

Zgodnie z prawem Bernouliego dotyczącym zachowania się ośrodka (np. gazu) w rurze w której występują zmiany średnicy zmienia się również prędkość przepływu gazu. W związku z tym jeśli tradycyjny wirnik zabudujemy w tunelu (a dokładnie w jego przewężeniu) będzie on wirował w powietrzu przepływającym szybciej niż wiatr poza tym tunelem. Dzięki temu da więcej energii niż wirnik bez otunelowania.

Badania nad tym zjawiskiem były już prowadzone w latch 50-tych. Aby uzyskać pożądany efekt długość otunelowania musiała być ok 5-7 razy większa niż średnica wirnika.

W latach 70-tych w zakładach Grummana badano wirniki tego typu i odkryto, że obecność szczeliny w dyfuzorze (w płaszczyznie tunelu) powoduje wzrost sprawności takiego wirnika.

Zwężający się wlot powoduje wzrost prędkości przepływu przed wirnikiem, a szczelina w dyfuzorze która znajduje się za wirnikiem powoduje dodatkowo powstanie strefy podciśnienia powodując dodatkowo przyrost prędkości przepływu powietrza przez wirnik.

Komercyjne rozwiązanie o nazwie Maxi Vortec ma 54 m średnicy wirnika i daje 3,5 MW energii. Daje to ok 1,5kW/m2 co jest bardzo wysokim współczynnikiem. Prędkość obrotowa wirnika wynosi 27 obr./min. , przekładnia 45:1 (!).

Wszelkie prawa zastrzeżone.
Created by Paweł Premicz 2000-2006 KVM