Quais são os tipos mais comuns de turbinas eólicas?

As turbinas eólicas comuns são divididas principalmente em duas categorias de acordo com a direção do eixo de rotação: turbinas eólicas de eixo horizontal e turbinas eólicas de eixo vertical, sendo as de eixo horizontal as mais utilizadas atualmente. A seguir, apresentamos as principais classificações e características:

1. Turbina eólica de eixo horizontal (HAWT)
O eixo de rotação da turbina eólica é paralelo ao solo, e as pás se assemelham a hélices de avião. Mais de 95% da capacidade instalada de energia eólica global está localizada em fontes naturais.

Tipos principais:

1. tipo de vento ascendente

A turbina eólica gira em frente à torre, de frente para o vento, necessitando de um sistema de guinada para contrabalançar a força do vento.

Vantagens: Reduz o efeito de sombra da torre (interferência da torre no fluxo de ar), alta eficiência.

Desvantagens: Requer um dispositivo de guinada e possui uma estrutura complexa.

A grande maioria das turbinas eólicas modernas de grande escala (acima de 1,5 MW) adota esse projeto.

2. Tipo de vento de cauda

A turbina eólica está localizada atrás da torre e pode se ajustar automaticamente ao vento (sem a necessidade de um sistema de guinada ativo).

Desvantagem: O efeito de sombra da torre causa flutuações de tensão nas pás, tornando-as propensas à fadiga.

Menos comum em turbinas eólicas antigas ou de pequeno porte.

2. Turbina eólica de eixo vertical (VAWT)
O eixo de rotação da turbina eólica é perpendicular ao solo e pode captar vento de qualquer direção sem a necessidade de um sistema de guinada. Atualmente, é utilizada principalmente para geração de energia distribuída em pequena escala ou em cenários especiais.

Tipos principais:

Tipo Darrieus

As pás são curvas (como em forma de "Φ") e giram por sustentação aerodinâmica.

Vantagens: Alta velocidade e alta eficiência.

Desvantagem: Não pode iniciar sozinho, requer equipamento auxiliar; A tensão estrutural é elevada, dificultando a ampliação da escala.

Tipo Savonius

As pás têm formato de S e de barril, acionadas pela resistência do vento.

Vantagens: Alto torque de partida, fácil de ligar com baixas velocidades de vento, estrutura simples.

Desvantagens: Baixa eficiência (menos de 15%), geralmente usado em anemômetros ou pequenos dispositivos de carregamento.

Em forma de H (lâmina reta Darius)

Adoção de uma combinação de lâminas retas e hastes de suporte para facilitar a fabricação.

Nos últimos anos, tem havido um foco renovado na integração de edifícios ou em testes de energia eólica flutuante offshore.

3. Classificado por cenário de aplicação e escala
Turbina eólica de grande porte conectada à rede elétrica

A potência geralmente é de ≥ 1 MW, com um diâmetro de turbina eólica de 80 a 200 metros, utilizada em parques eólicos.

A opção mais comum é a turbina de três pás com eixo horizontal, do tipo upwind, com tecnologia já consolidada.

Turbinas eólicas distribuídas de pequeno e médio porte

Potência ≤ 100 kW, utilizada em áreas rurais, estações base de comunicação, fazendas, etc.

Incluindo eixos horizontais ou verticais (como o tipo H, o tipo Savonius).

turbina eólica offshore

A maioria delas são grandes turbinas eólicas de eixo horizontal (5-15 MW ou mais) com estruturas de fundação especiais (estaca única, flutuante, etc.).

É necessário um projeto resistente à corrosão e a tufões, o que resulta em altos custos de manutenção.

Fã especial

Tipo com difusor aprimorado: A estrutura em formato de capuz acelera o fluxo de ar, melhora a eficiência, mas tem um custo elevado.

Energia eólica em grandes altitudes: utilização de pipas ou balões de hélio para transportar geradores, em fase experimental.

4. Tendências tecnológicas e designs emergentes
Megaescala: A capacidade de uma única unidade de turbinas eólicas offshore atingiu 15-18 MW, com pás que ultrapassam os 120 metros de comprimento.

Fundação flutuante: adequada para energia eólica em águas profundas, com turbinas eólicas instaladas em plataformas flutuantes.

Design híbrido de eixo vertical: Combinando as vantagens de sustentação e arrasto, melhora o desempenho e a eficiência na partida.

Inteligência: Utilização de sensores e algoritmos de IA para otimizar os ângulos de guinada e das pás, adaptando-se a condições de vento complexas.

5. Resumo e comparação
1. Turbina eólica de eixo horizontal com três pás

Vantagens: A eficiência de conversão da energia eólica é a mais alta (até 50% ou mais), a tecnologia é extremamente madura, a escala e a economia são as melhores, e atualmente é a principal opção para projetos de energia eólica em larga escala.

Desvantagens: Requer um sistema de guinada preciso para alinhamento com a direção do vento, apresenta nível de ruído relativamente alto, custos de manutenção elevados (especialmente para unidades de grande porte) e requisitos técnicos complexos.

Principais aplicações: parques eólicos terrestres centralizados, parques eólicos offshore (modelos principais atuais e futuros).

2. Turbina eólica de eixo vertical - tipo Dario

Vantagens: Pode captar vento de qualquer direção sem a necessidade de um sistema de guinada. O gerador e outros equipamentos podem ser colocados no solo para facilitar a manutenção, e o ruído durante a operação é relativamente baixo.

Desvantagens: A eficiência geral é menor do que a de um ventilador de eixo horizontal e, geralmente, não pode ser acionado automaticamente. À medida que aumenta de tamanho, o desafio em relação ao estresse estrutural também aumenta, reduzindo o grau de comercialização.

Principais aplicações: geração de energia distribuída em pequena escala, energia eólica integrada a edifícios, projetos experimentais e ambientes especiais.

3. Turbina eólica de eixo vertical - tipo Savonius

Vantagens: Alto torque de partida, capaz de iniciar mesmo com baixa velocidade do vento e fluxo turbulento, estrutura muito simples e robusta, baixos custos de fabricação e manutenção.

Desvantagens: A eficiência de conversão da energia eólica é muito baixa (geralmente inferior a 20%) e a velocidade é lenta.

Principais aplicações: pequenos dispositivos de carregamento, sistemas de ventilação, instrumentos de medição da velocidade do vento e outros cenários de baixa potência.

Em resumo, a turbina eólica de eixo horizontal com três pás domina o mercado global de energia eólica devido à sua alta eficiência e cadeia industrial consolidada. As turbinas eólicas de eixo vertical, especialmente do tipo Dario, têm sido continuamente pesquisadas e exploradas em cenários de geração distribuída, miniaturizada e de aplicação especial, devido às suas vantagens exclusivas, e representam um importante complemento para o desenvolvimento diversificado da tecnologia de energia eólica.