انواع رایج توربینهای بادی کدامند؟
توربینهای بادی رایج عمدتاً بر اساس جهت محور چرخش توربین بادی به دو دسته تقسیم میشوند: توربینهای بادی محور افقی و توربینهای بادی محور عمودی، که در میان آنها محور افقی در حال حاضر نوع کاربرد اصلی است. طبقهبندیها و ویژگیهای اصلی در زیر آمده است:
۱. توربین بادی محور افقی (HAWT)
محور چرخش توربین بادی موازی با زمین است و پرهها شبیه ملخ هواپیما هستند. بیش از ۹۵٪ از ظرفیت نصبشده انرژی بادی جهان از این نوع توربینها هستند.
انواع اصلی:
۱. نوع خلاف جهت باد
توربین بادی در جلوی برج و رو به باد میچرخد و برای مقابله با باد به یک سیستم انحراف نیاز دارد.
مزایا: کاهش اثر سایه برج (تداخل برج با جریان هوا)، راندمان بالا.
معایب: به دستگاه انحراف نیاز دارد و ساختار پیچیدهای دارد.
اکثریت قریب به اتفاق توربینهای بادی مدرن در مقیاس بزرگ (بیش از ۱.۵ مگاوات) از این طرح استفاده میکنند.
۲. نوع باد مخالف
توربین بادی در پشت برج قرار دارد و میتواند به طور خودکار با باد تنظیم شود (بدون نیاز به سیستم انحراف فعال).
عیب: اثر سایه برج باعث نوسانات تنش در پرهها میشود و آنها را مستعد خستگی میکند.
کمتر در توربینهای بادی اولیه یا کوچک استفاده میشود.
۲. توربین بادی محور عمودی (VAWT)
محور چرخش توربین بادی عمود بر زمین است و میتواند باد را از هر جهتی بدون نیاز به سیستم انحراف از مسیر دریافت کند. در حال حاضر، عمدتاً برای تولید برق توزیعشده در مقیاس کوچک یا سناریوهای خاص استفاده میشود.
انواع اصلی:
نوع داریوس
پرهها منحنی هستند (مانند شکل "Φ") و با نیروی بالابر آیرودینامیکی میچرخند.
مزایا: سرعت بالا و راندمان بالا.
عیب: نمیتواند خودبهخود راهاندازی شود، به تجهیزات کمکی نیاز دارد؛ تنش ساختاری بالا است و افزایش مقیاس آن را دشوار میکند.
نوع ساوونیوس
پرهها به شکل S و بشکهای هستند که توسط مقاومت باد به حرکت در میآیند.
مزایا: گشتاور راه اندازی بالا، راه اندازی آسان در سرعت باد کم، ساختار ساده.
معایب: راندمان پایین (کمتر از ۱۵٪)، معمولاً در بادسنجها یا دستگاههای شارژ کوچک استفاده میشود.
H شکل (تیغه مستقیم داریوش)
اتخاذ ترکیبی از تیغههای مستقیم و میلههای پشتیبانی برای تولید آسان.
در سالهای اخیر، تمرکز مجددی بر یکپارچهسازی ساختمانها یا آزمایش نیروگاههای بادی شناور فراساحلی صورت گرفته است.
۳. طبقهبندی بر اساس سناریوی کاربرد و مقیاس
توربین بادی بزرگ متصل به شبکه
توان معمولاً ≥ ۱ مگاوات است، با قطر توربین بادی ۸۰ تا ۲۰۰ متر، که برای مزارع بادی استفاده میشود.
جریان اصلی، نوع سه پره با محور افقی در خلاف جهت باد است که از فناوری بالغی برخوردار است.
توربینهای بادی کوچک و متوسط توزیعشده
توان ≤ ۱۰۰ کیلووات، مورد استفاده در مناطق روستایی، ایستگاههای پایه ارتباطی، مزارع و غیره
شامل محورهای افقی یا عمودی (مانند نوع H، نوع ساونیوس).
توربین بادی فراساحلی
بیشتر آنها توربینهای بادی محور افقی بزرگ (۵ تا ۱۵ مگاوات یا بیشتر) با سازههای فونداسیون ویژه (تک شمعی، شناور و غیره) هستند.
طراحی مقاوم در برابر خوردگی و طوفان مورد نیاز است که منجر به هزینههای بالای نگهداری میشود.
فن مخصوص
نوع تقویتشده با دیفیوزر: ساختار هود مانند، جریان هوا را تسریع میکند، راندمان را بهبود میبخشد، اما هزینه بالایی دارد.
انرژی باد در ارتفاعات بالا: استفاده از کایتهای هوایی یا بالنهای هلیومی برای حمل ژنراتورها، در مرحله آزمایشی.
۴، روندهای فناوری و طرحهای نوظهور
مقیاس بزرگ: ظرفیت واحد توربینهای بادی فراساحلی به ۱۵ تا ۱۸ مگاوات رسیده است و طول پرههای آنها از ۱۲۰ متر فراتر میرود.
فونداسیون شناور: مناسب برای نیروگاههای بادی در اعماق دریا، با توربینهای بادی نصب شده روی سکوهای شناور.
طراحی محور عمودی ترکیبی: با ترکیب مزایای نیروی بالابر و پسا، عملکرد و راندمان شروع به کار را بهبود میبخشد.
هوش: استفاده از حسگرها و الگوریتمهای هوش مصنوعی برای بهینهسازی زاویه انحراف و پرهها، و تطبیق با شرایط پیچیده باد.
۵، خلاصه و مقایسه
۱. توربین بادی محور افقی سه پره
مزایا: راندمان تبدیل انرژی باد بالاترین است (تا ۵۰٪ یا بیشتر)، فناوری بسیار بالغ است، مقیاس و اقتصاد در بهترین حالت خود قرار دارند و در حال حاضر جریان اصلی پروژههای انرژی بادی در مقیاس بزرگ است.
معایب: به یک سیستم انحراف دقیق برای همترازی با جهت باد نیاز دارد، با سر و صدای نسبتاً زیاد، هزینههای نگهداری بالا (بهویژه برای واحدهای بزرگ) و الزامات فنی بالا.
کاربردهای اصلی: مزارع بادی متمرکز ساحلی، مزارع بادی فراساحلی (مدلهای اصلی فعلی و آینده).
۲. توربین بادی محور عمودی - نوع داریو
مزایا: میتواند باد را از هر جهتی بدون نیاز به سیستم انحراف از مسیر دریافت کند. ژنراتور و سایر تجهیزات را میتوان برای نگهداری آسان روی زمین قرار داد و سر و صدای آن در حین کار نسبتاً کم است.
معایب: راندمان کلی آن کمتر از فن محور افقی است و معمولاً نمیتواند به طور خودکار شروع به کار کند. وقتی بزرگتر میشود، چالش تنش ساختاری بیشتر میشود و درجه تجاریسازی آن پایین است.
کاربردهای اصلی: تولید پراکنده برق در مقیاس کوچک، نیروگاه بادی یکپارچه ساختمانی، پروژههای آزمایشی و محیطهای خاص.
۳. توربین بادی محور عمودی - نوع ساونیوس
مزایا: گشتاور راهاندازی بالا، قابلیت راهاندازی حتی در سرعت باد کم و جریان متلاطم، ساختار بسیار ساده و محکم، هزینههای تولید و نگهداری پایین.
معایب: راندمان تبدیل انرژی باد بسیار پایین است (معمولاً کمتر از 20٪) و سرعت آن پایین است.
کاربردهای اصلی: دستگاههای شارژ کوچک، دستگاههای تهویه مطبوع، ابزارهای اندازهگیری سرعت باد و سایر سناریوهای کممصرف.
به طور خلاصه، توربین بادی سه پره محور افقی به دلیل راندمان بالا و زنجیره صنعتی بالغ، بر بازار جهانی انرژی بادی تسلط دارد. توربینهای بادی محور عمودی، به ویژه نوع داریو، به دلیل مزایای منحصر به فرد خود، به طور مداوم در سناریوهای کاربردی توزیع شده، کوچک شده و ویژه مورد تحقیق و بررسی قرار گرفتهاند و مکمل مهمی برای توسعه متنوع فناوری انرژی بادی هستند.
