উল্লম্ব অক্ষের বায়ু টারবাইনের দক্ষতা কম কেন?

অনুভূমিক অক্ষ বায়ু টারবাইন (HAWT) এর তুলনায় উল্লম্ব অক্ষ বায়ু টারবাইন (VAWT) এর দক্ষতা কম হওয়ার প্রধান কারণগুলির মধ্যে রয়েছে বিভিন্ন কারণ যেমন বায়ুগত বৈশিষ্ট্য, কাঠামোগত নকশা এবং অপারেটিং পরিবেশ। নীচে একটি বিশদ বিশ্লেষণ দেওয়া হল:
১. কম বায়ুগত দক্ষতা

দুর্বল স্ব-শুরু করার ক্ষমতা: বেশিরভাগ উল্লম্ব অক্ষের বায়ু টারবাইনের (বিশেষ করে ডারিও টাইপ) ব্লেড এয়ারফয়েলের আক্রমণ কোণ ঘূর্ণনের সময় ক্রমাগত পরিবর্তিত হয়, যার ফলে কম বায়ু গতিতে পর্যাপ্ত স্টার্টিং টর্ক তৈরি করা কঠিন হয়ে পড়ে এবং শুরু করার জন্য অতিরিক্ত ডিভাইস বা বাহ্যিক বলের প্রয়োজন হয়।

গতিশীল স্টল সমস্যা: যখন ব্লেডগুলি উর্ধ্বমুখী দিকে ঘোরে, তখন ব্লেডের সাপেক্ষে বায়ুপ্রবাহের দিক নাটকীয়ভাবে পরিবর্তিত হয়, যা সহজেই গতিশীল স্টল সৃষ্টি করতে পারে এবং শক্তির ক্ষতি করতে পারে।

ব্লেডের মধ্যে হস্তক্ষেপ: ঘূর্ণনের সময় উল্লম্ব অক্ষের ফ্যানের ব্লেডগুলি ডাউনস্ট্রিম ওয়েক অঞ্চলের মধ্য দিয়ে যাবে এবং সামনের ব্লেড ওয়েকের টার্বুলেন্স দ্বারা প্রভাবিত হবে, যার ফলে বায়ুগতিগত দক্ষতা হ্রাস পাবে।

2. কাঠামোগত নকশা এবং উপাদানের সীমাবদ্ধতা

ক্লান্তির চাপের ঘনত্ব: উল্লম্ব অক্ষের ফ্যানের সাপোর্ট স্ট্রাকচার (যেমন কেবল বা পিলার) এবং ব্লেড রুটগুলি চক্রাকার বিকল্প লোডের শিকার হয়, যা ক্লান্তির কারণে ক্ষতির ঝুঁকিতে থাকে এবং বৃহৎ আকারের নকশাকে সীমিত করে।

ব্লেড তৈরির জটিলতা: বাঁকা ব্লেড (যেমন ড্যারিল টাইপ) তৈরির প্রক্রিয়াটি অনুভূমিক অক্ষের সোজা ব্লেডের তুলনায় দক্ষ এয়ারফয়েল ডিজাইনের জন্য আরও জটিল, ব্যয়বহুল এবং প্রয়োগ করা কঠিন।

৩. নিম্ন বায়ু শক্তি ব্যবহারের সহগ (Cp)

তাত্ত্বিক সীমা নিম্ন: উল্লম্ব অক্ষের পাখার তাত্ত্বিক সর্বোচ্চ বায়ু শক্তি ব্যবহার সহগ প্রায় 0.4, যেখানে অনুভূমিক অক্ষের পাখার 0.59 (বেটস সীমা) পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।

প্রকৃত দক্ষতার ব্যবধান: উল্লম্ব অক্ষের পাখার প্রকৃত বায়ু শক্তি রূপান্তর দক্ষতা সাধারণত মাত্র 10% -30% হয়, যেখানে আধুনিক অনুভূমিক অক্ষের পাখা 40% -50% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।

৪. অপর্যাপ্ত পরিবেশগত অভিযোজনযোগ্যতা

বাতাসের দিকের পরিবর্তনের প্রতি সংবেদনশীল: যদিও উল্লম্ব অক্ষের পাখাগুলি তাত্ত্বিকভাবে যেকোনো বাতাসের দিক গ্রহণ করতে পারে, প্রকৃত অস্থির বা ঘন ঘন পরিবর্তনশীল বাতাসের পরিবেশে আক্রমণের সর্বোত্তম ব্লেড কোণ বজায় রাখা কঠিন।

দুর্বল বাতাস প্রতিরোধ ক্ষমতা: প্রবল বাতাসে কাঠামোগত কম্পনের কারণে বৃহৎ উল্লম্ব অক্ষের পাখাগুলির স্থিতিশীলতার সমস্যা দেখা দেয় এবং ব্রেকিং সিস্টেমের নকশা আরও জটিল।

৫. প্রয়োগের পরিস্থিতি এবং প্রযুক্তিগত পরিপক্কতা

স্কেল সীমাবদ্ধতা: উল্লম্ব অক্ষের বায়ু টারবাইনগুলি বেশিরভাগই ছোট এবং মাঝারি আকারের বিতরণকৃত বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত হয় (যেমন শহুরে পরিবেশ), তবে বৃহৎ আকারের বাণিজ্যিক বায়ু বিদ্যুৎ প্রকল্পগুলি এখনও অনুভূমিক অক্ষ দ্বারা প্রভাবিত, যা কয়েক দশক ধরে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে এবং উচ্চ প্রযুক্তিগত পরিপক্কতা রয়েছে।

কম গবেষণা ও উন্নয়ন বিনিয়োগ: বাজারের অংশ কম থাকার কারণে, উল্লম্ব অক্ষের ভক্তদের জন্য অ্যারোডাইনামিক অপ্টিমাইজেশন, উপাদান গবেষণা এবং নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থায় প্রযুক্তিগত অগ্রগতি তুলনামূলকভাবে ধীর।

উল্লম্ব অক্ষ পাখার সুবিধা এবং প্রযোজ্য পরিস্থিতি

কম দক্ষতা থাকা সত্ত্বেও, উল্লম্ব অক্ষের ফ্যানের কিছু অনন্য সুবিধা রয়েছে:

ইয়াও সিস্টেমের প্রয়োজন নেই: যেকোনো দিকের বাতাস ধরতে পারে।

কম শব্দ এবং নিরাপত্তা: কম গতি, কম শব্দ, এবং পাখিদের জন্য তুলনামূলকভাবে নিরাপদ ব্লেড চলাচলের পথ।

সুবিধাজনক রক্ষণাবেক্ষণ: সহজ রক্ষণাবেক্ষণের জন্য জেনারেটর এবং অন্যান্য সরঞ্জাম মাটিতে রাখা যেতে পারে।

অতএব, বৃহৎ আকারের বায়ু খামারের পরিবর্তে, উল্লম্ব অক্ষের বায়ু টারবাইনগুলি শক্তিশালী অস্থিরতা এবং পরিবর্তনশীল বায়ু দিকনির্দেশনা সহ শহুরে পরিবেশে, অথবা ছোট অফ গ্রিড পাওয়ার সাপ্লাই সিস্টেমে প্রয়োগের জন্য বেশি উপযুক্ত।

সারাংশ

উল্লম্ব অক্ষ বায়ু টারবাইনগুলির কম দক্ষতার মূল কারণ হল বায়ুগত বৈশিষ্ট্যের সহজাত অভাব, যা তাদের বায়ু শক্তি গ্রহণের ক্ষমতা সীমিত করে। এছাড়াও, কাঠামোগত ক্লান্তি এবং স্কেল চ্যালেঞ্জগুলি অনুভূমিক অক্ষ বায়ু টারবাইনগুলির সাথে প্রতিযোগিতা করা কঠিন করে তোলে। ভবিষ্যতে, নতুন উপকরণ এবং প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি যেমন সক্রিয় ফ্ল্যাপ এবং ঘূর্ণি জেনারেটরের বিকাশের সাথে, উল্লম্ব অক্ষ বায়ু টারবাইনগুলির দক্ষতা উন্নত হবে বলে আশা করা হচ্ছে, তবে তারা এখনও মূলধারার বায়ু শক্তি বাজারে একটি পরিপূরক ভূমিকা পালন করতে পারে।