Какие существуют распространенные типы ветряных турбин?

Обычные ветротурбины в основном делятся на две категории в зависимости от направления оси вращения: ветротурбины с горизонтальной осью вращения и ветротурбины с вертикальной осью вращения, среди которых в настоящее время наиболее распространенным является тип с горизонтальной осью. Ниже приведены основные классификации и характеристики:

1. Ветротурбина с горизонтальной осью вращения (HAWT)
Ось вращения ветряной турбины параллельна земле, а лопасти напоминают пропеллеры самолета. На ее долю приходится более 95% установленной мощности ветроэнергетики в мире.

Основные типы:

1. тип, восходящий по ветру

Ветряная турбина вращается перед башней, обращенной к ветру, поэтому для противодействия ветру необходима система поворота.

Преимущества: Снижает эффект затенения башни (препятствие башни воздушному потоку), высокая эффективность.

Недостатки: Требуется устройство управления рысканием, и конструкция сложная.

Подавляющее большинство современных крупномасштабных ветротурбин (мощностью более 1,5 МВт) используют именно такую ​​конструкцию.

2. Тип "по ветру"

Ветряная турбина расположена за башней и может автоматически подстраиваться под ветер (без необходимости использования активной системы поворота).

Недостаток: эффект затенения башни вызывает колебания напряжений в лопастях, что делает их склонными к усталости.

Реже используется в ранних или небольших ветротурбинах.

2. Ветротурбина с вертикальной осью вращения (VAWT)
Ось вращения ветряной турбины перпендикулярна земле, что позволяет улавливать ветер с любого направления без необходимости использования системы поворота. В настоящее время она в основном используется для распределенной маломасштабной генерации электроэнергии или в особых сценариях.

Основные типы:

Тип Дарье

Лопасти имеют изогнутую форму (например, в виде буквы «Φ») и вращаются за счет аэродинамической подъемной силы.

Преимущества: высокая скорость и высокая эффективность.

Недостаток: Не может запускаться самостоятельно, требуется дополнительное оборудование; Высокая структурная нагрузка затрудняет масштабирование.

Тип Савониуса

Лопасти имеют S-образную и бочкообразную форму и приводятся в движение сопротивлением воздуха.

Преимущества: высокий пусковой крутящий момент, легкий запуск при низкой скорости ветра, простая конструкция.

Недостатки: Низкая эффективность (менее 15%), обычно используется в анемометрах или небольших зарядных устройствах.

Н-образная форма (прямое лезвие Дариуса)

Использование комбинации прямых лезвий и опорных стержней для упрощения процесса производства.

В последние годы вновь возрос интерес к интеграции в здания или к испытаниям плавучих морских ветроэнергетических установок.

3. Классификация по сценарию применения и масштабу.
Крупная ветровая турбина, подключенная к электросети

Мощность таких ветротурбин обычно составляет ≥ 1 МВт, диаметр турбины — 80-200 метров, они используются на ветропарках.

Наиболее распространенным типом является трехлопастный горизонтальный винт с наветренной осью вращения, разработанный на основе отработанной технологии.

Распределенные малые и средние ветротурбины

Мощность ≤ 100 кВт, используется в сельской местности, на базовых станциях связи, фермах и т. д.

Включая горизонтальные или вертикальные оси (например, H-образные, типа Савониуса).

морская ветряная турбина

Большинство из них — это крупные ветротурбины с горизонтальной осью вращения (5-15 МВт и более) со специальными фундаментными конструкциями (односкатные, плавающие и т. д.).

Для обеспечения устойчивости к коррозии и тайфунам необходимы соответствующие конструкции, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание.

Особый фанат

Усовершенствованный диффузор: конструкция в форме колпака ускоряет поток воздуха, повышает эффективность, но имеет высокую стоимость.

Энергетика высотных ветров: использование воздушных змеев или гелиевых аэростатов для доставки генераторов на экспериментальном этапе.

4. Технологические тенденции и новые разработки
Мегамасштаб: мощность отдельных морских ветротурбин достигла 15-18 МВт, а длина лопастей превышает 120 метров.

Плавучий фундамент: подходит для глубоководных ветроэнергетических установок, где ветротурбины устанавливаются на плавучих платформах.

Гибридная конструкция с вертикальной осью вращения: сочетание преимуществ подъемной силы и сопротивления улучшает пусковые характеристики и эффективность.

Интеллектуальное управление: использование датчиков и алгоритмов искусственного интеллекта для оптимизации углов рыскания и лопастей, адаптируясь к сложным ветровым условиям.

5. Резюме и сравнение
1. Трехлопастная ветровая турбина с горизонтальной осью вращения

Преимущества: высочайшая эффективность преобразования энергии ветра (до 50% и более), технология чрезвычайно зрелая, масштаб и экономичность лучшие, и в настоящее время это абсолютное основное направление крупномасштабных ветроэнергетических проектов.

Недостатки: Требуется точная система рыскания для выравнивания по направлению ветра, относительно высокий уровень шума, высокие затраты на техническое обслуживание (особенно для крупных установок) и высокие технические требования.

Основные области применения: централизованные наземные ветроэлектростанции, морские ветроэлектростанции (текущие и будущие базовые модели).

2. Ветротурбина с вертикальной осью вращения — типа Дарио.

Преимущества: Он может улавливать ветер с любого направления без необходимости использования системы поворота. Генератор и другое оборудование можно разместить на земле для удобства обслуживания, а уровень шума во время работы относительно низкий.

Недостатки: Общая эффективность ниже, чем у вентилятора с горизонтальной осью вращения, и он обычно не может запускаться автоматически. При увеличении размеров возрастает нагрузка на конструкцию, а степень коммерциализации низка.

Основные области применения: маломасштабная распределенная генерация электроэнергии, ветроэнергетика, интегрированная в здания, экспериментальные проекты и специальные условия эксплуатации.

3. Ветротурбина с вертикальной осью вращения — типа Савониуса.

Преимущества: высокий пусковой крутящий момент, возможность запуска даже при низкой скорости ветра и турбулентном потоке, очень простая и прочная конструкция, низкие производственные и эксплуатационные расходы.

Недостатки: Эффективность преобразования энергии ветра очень низкая (обычно менее 20%), и скорость вращения низкая.

Основные области применения: небольшие зарядные устройства, средства вентиляции, приборы для измерения скорости ветра и другие сценарии с низким энергопотреблением.

В целом, трехлопастные ветротурбины с горизонтальной осью вращения доминируют на мировом рынке ветроэнергетики благодаря своей высокой эффективности и развитой производственной цепочке. Ветротурбины с вертикальной осью вращения, особенно типа Dario, постоянно исследуются и изучаются в распределенных, миниатюрных и специализированных сценариях применения благодаря своим уникальным преимуществам и являются важным дополнением к диверсифицированному развитию технологий ветроэнергетики.