Mana yang lebih efisien, turbin angin sumbu vertikal atau sumbu horizontal?
Saat ini, efisiensi turbin angin sumbu horizontal tiga bilah utama jauh lebih tinggi daripada turbin angin sumbu vertikal.
Kesenjangan efisiensi ini sangat mendasar. Indikator kunci untuk mengukur efisiensi adalah "koefisien pemanfaatan energi angin", yang menunjukkan seberapa banyak energi yang dapat ditangkap turbin angin dari angin. Kipas sumbu horizontal skala besar modern dapat mencapai efisiensi 45%-50%, yang mendekati batas teoritis (59,3%, yang dikenal sebagai batas Bez). Sebaliknya, efisiensi kipas sumbu vertikal jauh lebih rendah, biasanya hanya 15%-40%, tergantung pada jenis desainnya.
Mengapa efisiensi kipas sumbu horizontal begitu tinggi?
Hal ini terutama disebabkan oleh prinsip kerjanya:
Semua bilah kipas angin secara bersamaan memotong angin pada sudut optimal: bilah kipas sumbu horizontal dirancang menyerupai sayap pesawat terbang (airfoil aerodinamis). Ketika angin bertiup, angin menghasilkan 'daya angkat' yang sangat besar, yang merupakan gaya dorong utama untuk memutar bilah-bilahnya. Karena bilah-bilah kipas angin selalu berputar ke arah yang sama, sebagian besar bilah kipas angin dapat menangkap energi angin secara terus-menerus dan efisien.
Kecepatan tinggi: Kipas sumbu horizontal dapat mencapai kecepatan yang sangat tinggi, yang membuatnya sangat efisien dalam menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.
Mengapa efisiensi kipas sumbu vertikal lebih rendah?
Cara kerja kipas sumbu vertikal (terutama mengacu pada "tipe Dario" yang bentuknya seperti pengocok telur) berbeda:
Bilah-bilahnya bergerak maju mundur mengikuti angin: saat berputar ke posisi yang berbeda, sudutnya terhadap arah angin terus berubah. Hanya pada sudut tertentu bilah-bilah tersebut dapat menangkap energi angin secara efisien; Namun, pada posisi lain (misalnya saat berputar kembali ke arah angin), bilah-bilah tersebut justru akan menghasilkan hambatan. Karakteristik 'bersaing dengan diri sendiri' ini pada dasarnya membatasi efisiensinya.
Kinerja permulaan yang buruk: Banyak kipas sumbu vertikal tidak dapat menyala sendiri dan memerlukan bantuan eksternal.
Meskipun terdapat kesenjangan efisiensi yang besar, kipas sumbu vertikal bukannya tanpa keunggulan. Kipas ini memiliki serangkaian fitur unik yang membuatnya tak tergantikan dalam skenario tertentu.
Keuntungan dan kerugian kipas sumbu horizontal:
Keuntungan:
Keunggulan inti: efisiensi sangat tinggi dan kelayakan ekonomi terbaik untuk pembangkitan listrik skala besar.
Kekurangan:
Perlu menyelaraskan dengan arah angin: Sistem "yaw" yang rumit harus dilengkapi untuk terus menyesuaikan kabin agar selaras dengan arah angin, seperti penanda arah angin.
Struktur kompleks dan biaya perawatan tinggi: Generator dan kotak roda gigi berat dipasang di puncak menara yang tingginya puluhan atau bahkan ratusan meter, membuat perawatan dan perbaikan menjadi sangat sulit dan mahal.
Kebisingan keras: Ujung bilah yang berputar berkecepatan tinggi akan menghasilkan banyak kebisingan.
Persyaratan tinggi untuk lingkungan instalasi: diperlukan kondisi angin yang stabil dan tenang, yang mungkin tidak berfungsi dengan baik di kota-kota dengan angin yang bergejolak dan bergejolak.
Keuntungan dan kerugian kipas sumbu vertikal:
Keuntungan:
Tidak memerlukan angin: angin dari arah mana pun dapat membuatnya berputar, sehingga menghilangkan perlunya sistem yaw.
Struktur sederhana dan perawatan mudah: Peralatan utama seperti generator dan kotak roda gigi dipasang di tanah dasar, dan personel perawatan tidak perlu memanjat tinggi, sehingga menghasilkan biaya perawatan rendah.
Kebisingan rendah: Kecepatan biasanya lebih lambat dan pengoperasian lebih senyap.
Beradaptasi dengan kondisi angin yang kompleks: Sangat cocok untuk lingkungan perkotaan dengan arah angin dan turbulensi yang berubah-ubah, dan dapat dipasang di atap.
Kecepatan angin awal yang rendah: Beberapa tipe (seperti tipe S) dapat menyala dalam angin sepoi-sepoi.
Kekurangan:
Kerugian utama: Efisiensi rendah.
Terdapat risiko struktural: beberapa desain mengalami tekanan tinggi pada akar bilah selama putaran kecepatan tinggi, yang dapat dengan mudah menimbulkan masalah.
Jadi, kesimpulan akhirnya adalah:
Jika Anda ingin membangun ladang angin besar dan memaksimalkan pembangkitan listrik serta manfaat ekonomi, maka turbin angin sumbu horizontal "efisiensi tinggi" adalah satu-satunya pilihan utama. Itulah sebabnya hampir semua kincir angin yang kita lihat di alam liar memiliki sumbu horizontal.
Namun, jika Anda memerlukan generator yang "tidak pilih-pilih, mudah dirawat" untuk berbagai skenario terdistribusi, seperti memasok daya ke lampu jalan, gedung, stasiun pangkalan terpencil, terutama di kota-kota dengan arah angin yang tidak stabil, maka kipas sumbu vertikal yang "efisiensi rendah tetapi kokoh dan tahan lama" mungkin sebenarnya merupakan pilihan yang lebih tepat.
Singkatnya, sumbu horizontal mewakili "siswa terbaik" yang mengejar prestasi dan skala, sementara sumbu vertikal mewakili "siswa berbakat" yang beradaptasi dengan lingkungan tertentu. Dalam hal efisiensi murni, penggemar sumbu horizontal lebih unggul.
