Der Vergleich der horizontalen und vertikalen Achse Windkraftanlagen
Windturbinen unterscheiden sich in Größe und Design, wobei die Ausrichtung der Achsen – horizontal oder vertikal – den Hauptunterschied ausmacht. Offensichtlich dreht sich in einer Windenergieanlage mit horizontaler Achse ein vertikaler Propeller horizontal zum Wind, während sich in einer Windenergieanlage mit vertikaler Achse Blätter um eine vertikale Achse drehen, die vertikal zum Wind zeigt.
Durch jahrelange Nutzung wurde deutlich, dass Windkraftanlagen mit horizontaler Achse oder HAWTs in offenen Gebieten eine gute Leistung erbringen, während VAWTs viel weniger Einschränkungen haben und daher auf Hügeln und Dächern in städtischen Gebieten montiert werden können.
Allgemeiner Überblick über VAWT und HAWT
Für HAWTs ist die Windrichtung wichtig, da die Blätter produktiver sind, wenn der Wind im rechten Winkel fließt. Zusätzlich haben sie in der Regel einen Rotationsantrieb, um die Blätter an die Windrichtung anzupassen.
Im Gegenteil, eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse ist nicht so stark vom Windwinkel abhängig und kann mit einer niedrigeren Windgeschwindigkeit arbeiten als ein durchschnittlicher HAWT. Es gibt jedoch einige Windturbinenkonstruktionen mit horizontaler Achse, wie z. B. eine Windturbine von TBHAWT Manufacturing, die es schaffen, dem Effizienzverlust zu entgehen, der so ausgelegt ist, dass er auch bei einer Windgeschwindigkeit von 8 m / s oder weniger wirksam bleibt.
Vertikale achse windkraftanlagen stehen vertikal oder senkrecht zum boden umwandlung wind von alle 360 grad um. Als perfekte Passform für städtische Gebiete können VAWTs an Orten mit inkonsistenten Winden oder in komplexen ländlichen Gebieten eingesetzt werden.
Trotz dieser Tatsachen erscheinen VAWTs aufgrund der geringeren Betriebsgeschwindigkeit und der anschließenden Produktivität weniger produktiv als HAWTs, aber sie sind definitiv eine perfekte Wahl für einen einzelnen Haushalt mit hohen Turbulenzwinden.
HAWTs und VAWTs, die weniger als 100 kW Strom produzieren, gelten als klein und werden meist lokal für den Haushaltsbedarf verwendet. Es gibt jedoch einige Konstruktionen von HAWT mit einer Produktion von über 50 kW, die sich aufgrund einer guten Kombination aus Wirtschaftlichkeit und Kundenreichweite als rentabel erwiesen haben.
Kleine Windkraftanlagen sind tendenziell beliebter, da sie weniger Land und Investitionsbedarf haben als große. Kleine WTs eignen sich besonders für abgelegene und netzunabhängige Gebiete und können an nationale Stromleitungen angeschlossen oder getrennt werden.
Windkraftanlage mit horizontaler Achse
Windkraftanlagen mit horizontaler Achse nutzen Windenergie durch Rotorblätter, die auf eine horizontale Achse parallel zum Boden gerichtet sind. HAWT Gesichter Wind senkrecht, so dass Windturbinenschaufeln drehen nach einem aerodynamischen Auftrieb.
WTS mit horizontaler Achse setzen sich auf dem Windenergiemarkt durch, da ihre Konstruktion es ermöglicht, mehr Energie durch volle Rotation der Blätter im Hinblick auf einen gleichmäßigen Windfluss zu gewinnen. Darüber hinaus sind Windturbinen mit horizontaler Achse resistent gegen Backtracking, was auch bei dieser Art der Stromerzeugung von Vorteil ist.
Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, müssen Windkraftanlagen mit horizontaler Achse in Windrichtung aufgestellt werden. Wenn die Windrichtung variabel ist, kann die Effizienz der Energieerzeugung manchmal erheblich sinken.
Dieser Nachteil wird jedoch beseitigt, wenn sich ein Windkraftpark mit horizontaler Achse in einem richtig ausgewählten Gebiet mit gleichbleibender Windrichtung befindet.
Eine kleine Windkraftanlage hat oft eine Windfahne, um sich an der Windrichtung auszurichten, während große Windkraftanlagen einen Giermesser enthalten, um die Position der Windkraftanlage zu korrigieren, um mit dem Windstrom ausgerichtet zu bleiben. Ein gleichbleibender, stabiler Windstrom ist wichtig, wenn ein Betreiber nach einer kostengünstigen Lösung sucht.
Windkraftanlage mit vertikaler Achse
Die Flügel der Windkraftanlage mit vertikaler Achse drehen sich senkrecht zum Boden und um die vertikale Achse, indem sie Drag- und Lift-Effekte für den Betrieb verwenden. Trotz der geringen Beliebtheit im Vergleich zu HAWT können VAWTs Wind aus jeder Richtung empfangen und verarbeiten, sodass er perfekt für städtische und vorstädtische Gebiete mit turbulenten, inkonsistenten Winden geeignet ist.
Das Getriebe der Windenergieanlage und einige ihrer Geräte können näher am Boden installiert werden. Auf diese Weise kann ein Windturbinenbenutzer die Wartungskosten erheblich senken, was zusammen mit einer weniger lauten Konstruktion zu besseren Lebensbedingungen führt.
Windkraftanlagen mit vertikaler Achse reagieren sehr empfindlich auf Rückzüge, da sich die Blätter entlang der Windrichtung drehen, während sie zurück in den Windstrom fahren müssen, bevor sie zurückgeschoben werden.
Am Ende des Tages zeigen neue Forschungen, dass sich Windturbinen mit vertikaler Achse nicht so sehr von Windturbinen mit horizontaler Achse unterscheiden – der Wirkungsgrad der Windturbine hängt stark von den Windbedingungen in der Region und der erforderlichen Stromerzeugungsleistung ab.
Rotation
Bei rotation, HAWT klingen erhalten effekte von veränderlich inertial kraft und immer-stabile schwerkraft. Aufgrund dieser Einflüsse durchlaufen HAWT-Blätter eine Wechselbelastung, die sich nachteilig auf die Blattwechselfestigkeit auswirkt.
Während der rotation, vertikale achse wind turbine der erhalten effekte sind mehr stabile aufgrund der trägheit kraft und schwerkraft stabilisierung. In dieser Hinsicht ist die Last festgelegt, so dass die Ermüdungslebensdauer von VAWT länger ist als die von HAWT.
Windgeschwindigkeit
Es ist allgemein bekannt, dass Windkraftanlagen mit horizontaler Achse aufgrund ausreichender Startgeschwindigkeit und gleichmäßiger Windströmungen eine hervorragende Leistung zeigen. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass die Wirksamkeit von Windkraftanlagen weitgehend von der Konstruktion abhängt.
Um diese Idee zu unterstützen, führte das China Aerodynamics Research and Development Center ein Experiment mit einer kleinen Windkraftanlage mit horizontaler Achse mit einer Startgeschwindigkeit von etwa 5 m / s und einer maximalen Empfangsgeschwindigkeit von 5,9 m / s durch.
Das Experiment bewies, dass diese Startgeschwindigkeit nicht ausreicht, um den Energieverbrauch der Windkraftanlage zu übertreffen, und somit unbefriedigend ist. Gleichzeitig sind andere Windkraftanlagen mit einem größeren Windgeschwindigkeitsbereich wie die oben erwähnte WTW-55 von TBHAWT Manufacturing eine vielversprechendere Windkraftanlage in Bezug auf die kommerzielle Nutzung.
Windturbinen mit vertikaler Achse starten bei einer niedrigeren Windgeschwindigkeit, was zu einer geringeren produktiven Leistung führt. Um Kosten-angemessenen Ertrag zur Verfügung zu stellen, sollten vertikale Achsenwindturbinen der H-Struktur vorgewählt werden – in diesem Fall sollte ein Betreiber überprüfen, ob das Tragflächenprofil und der optimale Installationswinkel genau eingehalten werden. Auf diese Weise startet eine H-strukturierte Windenergieanlage bei den unschlagbaren 2 m / s.
Wirkungsgrad
Windenergieanlagen mit horizontaler Achse setzen sich aufgrund ihres im Vergleich zu VAWT deutlich höheren Wirkungsgrads im Windenergiemarkt durch. HAWTs wiederum teilen sich in große und kleine Windkraftanlagen auf, bei denen große WTs geräumige Freiflächen benötigen, idealerweise mit Zugang zum Meer, um mehr Wind zu erhalten.
Kleinwindkraftanlagen haben weniger Einschränkungen und können sowohl für kleine Haushalte als auch für die Beschaffung einer Gemeinde oder einer Stadt verwendet werden. Sicherlich hängt alles stark von der Größe des Windparks ab – je größer er ist, desto mehr Haushalte kann er bedienen.
Wenn es um die kommerzielle Nutzung geht, lassen horizontale Windturbinen VAWT in Bezug auf Upscaling und Produktivität weit hinter sich. Da HAWT größer ist, kostet die Wartung mehr, aber gleichzeitig produzieren sie zehnmal mehr Strom als eine durchschnittliche Windkraftanlage mit vertikaler Achse.
Es sollte daran erinnert werden, dass Windenergieanlagen mit vertikaler Achse aufgrund ihrer letztendlich niedrigen Anlaufmomente und dynamischen Stabilitätsprobleme in den Hochgeschwindigkeitswindströmungen merklich ineffizient sind.
Windturbinentypen mit horizontaler und vertikaler Achse haben Vor- und Nachteile. Um das meiste davon zu erhalten, muss ein Entwickler zunächst entscheiden, ob er eine Windkraftanlage selbst beschaffen oder Windenergie monetarisieren möchte, um Windkraftanlagen in ein stabiles langfristiges Einkommen zu verwandeln.
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