بحث جهت باد: چگونه نیروی باد خانگی را انتخاب کنیم؟ تحلیل عمق فن‌های محور افقی و عمودی
وقتی تصمیم می‌گیرید از انرژی باد استفاده کنید، اولین و مهم‌ترین انتخاب تکنولوژیکی پیش روی شما خواهد بود: یک فن با محور افقی با پره‌هایی مانند ملخ هواپیما انتخاب کنید، یا یک فن با محور عمودی با طراحی مدرن مانند همزن تخم‌مرغ یا روتور ساونیوس انتخاب کنید؟ این یک انتخاب زیبایی‌شناختی ساده نیست، بلکه یک بده‌بستان اساسی در مورد کارایی، کاربرد و قابلیت اطمینان است.
این مقاله شما را عمیق‌تر به «نبرد جهت باد» می‌برد، تفاوت‌های ذاتی بین این دو را تجزیه و تحلیل می‌کند و به شما کمک می‌کند عاقلانه‌ترین تصمیمات را بگیرید.
۱. اصل اساسی: تفاوت‌های اساسی در روش‌های کار
برای درک تفاوت‌های آنها، ابتدا باید نحوه‌ی عملکردشان را فهمید.
پنکه محور افقی: یک "آسیاب بادی" کلاسیک
اصل: محور چرخش آن موازی با زمین است و طراحی تیغه مانند بال است. وقتی باد از روی تیغه‌ها می‌گذرد، نیروی بالابر ایجاد می‌کند و پروانه را به چرخش وامی‌دارد. مانند یک بادنما، همیشه باید رو به جهت باد باشد، بنابراین به یک بال دم یا سیستم انحراف فعال برای "جستجوی باد" نیاز دارد.
استعاره تصویری: مانند پروانه هواپیما، که در باد به دنبال «برش» کارآمد است.
فن محور عمودی: یک "ستون چرخان" ثابت
اصل: محور چرخش آن عمود بر زمین است و پره‌ها حول محور اصلی می‌چرخند. فرقی نمی‌کند باد از کدام جهت بیاید، می‌تواند انرژی خود را بدون نیاز به باد جذب کند.
استعاره تصویری: مانند یک درِ گردان، از هر طرف که آن را هل دهید، می‌چرخد.
این تفاوت اساسی منجر به تمایز عملکرد جامع بین این دو می‌شود.
۲، مقایسه جامع: رویارویی نهایی در پنج بُعد
۱. راندمان تولید برق
فن محور افقی: پادشاه بهره‌وری
پس از صدها سال بهینه‌سازی مهندسی هوانوردی، راندمان آیرودینامیکی آن بسیار بالاست. محصولات عالی می‌توانند ضریب بهره‌برداری از انرژی باد نزدیک به ۴۰٪ داشته باشند (حد مجاز Bez ۵۹.۳٪ است)، به این معنی که می‌توانند انرژی باد بیشتری را به برق تبدیل کنند.
نتیجه‌گیری: در شرایط باد پایدار و قوی، محور افقی بدون شک بهترین راندمان را دارد.
فن محور عمودی: دنبال کننده راندمان
به دلیل حرکت مداوم برخی از پره‌های آن در خلاف جهت باد در حین چرخش، مقاومتی ایجاد می‌شود که منجر به راندمان کلی پایین‌تر از فن‌های محور افقی می‌شود.
نتیجه‌گیری: در یک منطقه‌ی تحت پوشش یکسان، تولید برق معمولاً کمتر از محور افقی است.
۲. عملکرد راه‌اندازی و عملیاتی
فن محور افقی: نیاز به "راه اندازی" دارد
سرعت باد در هنگام راه‌اندازی نسبتاً زیاد است و برای شروع چرخش و تولید برق به مقدار مشخصی فشار باد نیاز دارد. اما پس از رسیدن به سرعت باد نامی، توان خروجی بسیار پایدار است.
فن محور عمودی: ماهر در "راه اندازی"
به خصوص نوع ساونیوس، می‌تواند در سرعت باد بسیار کم شروع به کار کند و گشتاور بالایی دارد. اما در شرایط باد با سرعت بالا، سرعت و توان خروجی آن معمولاً به اندازه فن‌های محور افقی پایدار نیست.
۳. ساختار، نصب و نگهداری
فن محور افقی: ساختار پیچیده، الزامات نصب بالا
ساختار: شامل پروانه، گیربکس (برخی مدل‌ها)، ژنراتور، سیستم دم/یاو، برج و غیره، با ساختاری نسبتاً پیچیده.
نصب: به یک دکل بلند نیاز است و باید تا ارتفاعی دور از تلاطم زمین بالا برده شود، که این امر فرآیند نصب را پیچیده و طاقت‌فرسا می‌کند.
تعمیر و نگهداری: اجزای چرخشی با سرعت بالا در ارتفاعات بالا قرار دارند و یاتاقان‌ها و گیربکس‌ها (در صورت وجود) نقاط بالقوه تعمیر و نگهداری هستند. برای عملیات در ارتفاعات بالا به پرسنل حرفه‌ای نیاز است.
فن محور عمودی: ساختار جمع و جور، نسبتاً کاربرپسند
ساختار: طراحی معمولاً ساده‌تر است و ژنراتور و اجزای اصلی انتقال قدرت برای نگهداری آسان در پایین قرار دارند.
نصب: برج معمولاً ارتفاع کمتری دارد و حتی می‌توان آن را مستقیماً روی سقف نصب کرد (ارزیابی دقیق ارتعاش لازم است). مرکز ثقل آن پایین و ساختار آن پایدارتر است.
تعمیر و نگهداری: اجزای اصلی روی زمین یا نزدیک آن قرار دارند که تعمیر و نگهداری را راحت‌تر کرده و نیاز به عملیات پرخطر در ارتفاع بالا را از بین می‌برد.
۴. سازگاری و ایمنی محیطی
فن محور افقی: در مورد شرایط باد حساس است
به شدت به جریان هوای پایدار و یک‌طرفه وابسته است. در محیط‌های متلاطم شهری یا جنگلی، عملکرد به شدت کاهش می‌یابد. بال دم باید دائماً جهت خود را تنظیم کند و این باعث ایجاد سر و صدا می‌شود. پره‌های چرخان پرسرعت خطر یخ زدگی یا پرتاب اشیاء را ایجاد می‌کنند (نیاز به اقدامات احتیاطی در طراحی ایمنی).
فن محور عمودی: همه کاره در محیط
نادیده گرفتن جهت باد: در مناطقی که جهت باد متغیر است، مزیت بزرگی وجود دارد.
مقاومت در برابر تلاطم: سازگاری بهتر با تلاطم در زمین‌های پیچیده.
کم صدا: سرعت معمولاً کندتر است و صدای عملیاتی کمتری دارد.
ایمنی بالا: سرعت چرخش آهسته، استحکام بالای تیغه، تهدید بصری کم، سازگاری نسبی با پرندگان.
۵. هزینه و بلوغ بازار
فن محور افقی: جریان اصلی در بازار
فناوری بالغ، درجه بالایی از صنعتی شدن، زنجیره تأمین کامل و گزینه‌های متنوع. این یک راه‌حل بلندمدت، معتبر و قابل اعتماد است.
فن محور عمودی: یک نیروی نوظهور
در حال حاضر، اندازه بازار کوچک است، هزینه‌های تولید نسبتاً بالا است و انتخاب‌های برند و محصول کمی وجود دارد. اما هزینه‌های نگهداری بالقوه و هزینه‌های کل چرخه عمر آن ممکن است سودمندتر باشد.
۳. راهنمای تصمیم‌گیری: چگونه برای موقعیت خود انتخاب کنیم
لطفا بر اساس نیازهای اصلی خود بنشینید:
۱. در صورت وجود شرایط زیر، اولویت باید به انتخاب فن با محور افقی داده شود:
*دستیابی به نهایت بهره‌وری در تولید برق: هدف شما به حداکثر رساندن تولید برق و دستیابی به بهترین بازده سرمایه‌گذاری است.
*داشتن منابع باد برتر: شما در یک منطقه باز با جهت باد پایدار و سرعت متوسط باد سالانه بالا (مانند >5.5 متر بر ثانیه) واقع شده‌اید.
*از چالش‌های نصب و نگهداری نترسید: شما فضای کافی برای برپایی برج‌های بلند دارید و می‌توانید نیازهای نگهداری حرفه‌ای را بپذیرید.
۲. در صورت وجود شرایط زیر، اولویت باید به انتخاب فن با محور عمودی داده شود:
*محیط نصب پیچیده: شما در یک شهر، حومه شهر یا منطقه کوهستانی با جهت باد متغیر قرار دارید و شرایط باد متلاطم است.
*حساس به سر و صدا: محل نصب در نزدیکی مناطق مسکونی یا همسایگان قرار دارد و تا حد امکان به یک محیط عملیاتی آرام نیاز دارد.
*به ایمنی و زیبایی بصری بها دهید: شما می‌خواهید دستگاه مدرن‌تر، ایمن‌تر و با تأثیر بصری کمتر به نظر برسد.
* سهولت نگهداری، نکته اصلی است: شما می‌خواهید تجهیزات اصلی برای بازرسی و نگهداری آسان، روی زمین باشند.
۳. یک راه‌حل سناریوی ترکیبی یا خاص را در نظر بگیرید:
*در برخی سناریوهای خاص، فن‌های محور عمودی مزایای منحصر به فرد خود را دارند. به عنوان مثال، استفاده از بادهای آشفته تولید شده توسط ترافیک وسایل نقلیه در موانع بزرگراه، یا استفاده از "بادهای سقفی" غیر جهت‌دار بر روی پشت بام ساختمان‌های بلند.
خلاصه اینکه، این انتخاب، بده‌بستانی بین کارایی و سازگاری است.
فن محور افقی یک ورزشکار حرفه‌ای باتجربه است که می‌تواند در مسیرهای استاندارد به بهترین نتایج دست یابد، اما الزامات سختگیرانه‌ای برای محیط و سیستم‌های پشتیبانی دارد.
توربین‌های بادی محور عمودی همگی کاوشگران زمین هستند، ممکن است نتوانند به سرعت‌های رکوردشکن دست یابند، اما می‌توانند در شرایط مختلف جاده‌ای پیچیده به طور پیوسته حرکت کنند و راحت‌تر می‌توان با آنها کنار آمد.
برای اکثریت قریب به اتفاق کاربران روستایی، مزرعه‌ای و خارج از شبکه که به دنبال تولید برق مطمئن و کارآمد هستند، توربین‌های بادی محور افقی که از نظر فناوری به بلوغ رسیده‌اند، معمولاً انتخابی مطمئن‌تر و اقتصادی‌تر هستند. توربین‌های بادی محور عمودی جایگزین امیدوارکننده‌ای برای کسانی هستند که هنوز در محیط‌های پیچیده به دنبال انرژی باد هستند.
