La Comparaison des Éoliennes à Axe Horizontal et Vertical
Les éoliennes varient en taille et en conception, où l’orientation de l’axe – horizontale ou verticale – fait la différence fondamentale. De toute évidence, dans une éolienne à axe horizontal, une hélice verticale tourne face au vent horizontalement, tandis que dans une éolienne à axe vertical, les pales tournent autour d’un axe vertical face au vent verticalement.
Au fil des années d’exploitation, il est devenu évident que les éoliennes à axe horizontal, ou HAWTS, fonctionnent bien dans les zones ouvertes, tandis que les VAWT ont beaucoup moins de restrictions et peuvent donc être montées sur les collines et les toits en zone urbaine.
Aperçu général de la VAWT et de la HAWT
Pour les HAWTs, la direction du vent est importante car les pales sont plus productives lorsque le vent s’écoule à angle droit. De plus, ils ont généralement un entraînement en rotation pour ajuster les pales à la direction du vent.
Au contraire, une éolienne à axe vertical ne dépend pas tellement de l’angle du vent et peut fonctionner à une vitesse du vent inférieure à celle d’un HAWT moyen. Cependant, il existe quelques conceptions d’éoliennes à axe horizontal, telles qu’une éolienne de TBHAWT Manufacturing, qui parviennent à échapper à la perte d’efficacité conçue pour rester efficace même à la vitesse du vent de 8 m / s ou moins.
Les éoliennes à axe vertical se tiennent verticalement ou perpendiculairement au sol, convertissant le vent de tous les 360 degrés autour. Parfaitement adapté aux zones urbaines, les VAWT peuvent être utilisés dans des endroits où les vents sont irréguliers ou dans des zones rurales complexes.
Malgré ces faits, les VAWT semblent moins productifs que les HAWT en raison de la vitesse opérationnelle plus faible et de la productivité subséquente, mais ils sont certainement un choix parfait pour un ménage individuel avec des vents de forte turbulence.
Les HAWTS et les VAWT produisant de l’électricité de moins de 100 kW sont considérés comme de petite taille et sont principalement utilisés localement pour les besoins des ménages. Cependant, il existe certaines conceptions de HAWT avec une production de plus de 50 kW qui se sont révélées rentables grâce à une bonne combinaison de rentabilité et de portée client.
Les petites éoliennes ont tendance à être plus populaires car elles ont moins de besoins en terres et en investissements que les grandes. Les petits WT sont particulièrement adaptés aux zones éloignées et hors réseau et peuvent être connectés ou déconnectés aux lignes électriques nationales.
Éolienne à axe horizontal
Les éoliennes à axe horizontal utilisent l’énergie éolienne au moyen de pales dirigées sur un axe horizontal parallèle au sol. HAWT fait face au vent perpendiculairement de sorte que les pales de l’éolienne tournent après une portance aérodynamique.
Les WT à axe horizontal prévalent sur le marché de l’énergie éolienne car leur conception de construction permet d’obtenir plus d’énergie grâce à la rotation complète des pales en termes de flux de vent constant. De plus, les éoliennes à axe horizontal résistent au retour en arrière, ce qui est également bénéfique dans ce type de production d’énergie.
Pour atteindre la plus grande efficacité, les éoliennes à axe horizontal doivent être placées dans la direction du vent. Si la direction du vent est polyvalente, l’efficacité de la production d’énergie peut parfois chuter considérablement.
Cependant, cet inconvénient est éliminé lorsqu’un parc d’éoliennes à axe horizontal est situé dans une zone correctement sélectionnée avec un flux de vent constant et de même direction.
Une petite éolienne a souvent une girouette pour s’aligner avec la direction du vent tandis que les grandes éoliennes comprennent un compteur de lacet pour corriger la position de l’éolienne afin de rester alignée avec le courant de vent. Un flux de vent constant et stable est important lorsqu’un opérateur recherche une solution rentable.
Éolienne à axe vertical
Les pales de l’éolienne à axe vertical tournent perpendiculairement au sol et autour de l’axe vertical en utilisant des effets de traînée et de portance pour le fonctionnement. Malgré le manque de popularité par rapport à HAWT, les VAWT peuvent recevoir et traiter le vent de n’importe quelle direction afin qu’il s’adapte parfaitement aux zones urbaines et suburbaines avec des vents turbulents et incohérents.
La boîte de vitesses de l’éolienne et certains de ses équipements peuvent être installés plus près du sol. Ce faisant, un utilisateur d’éolienne peut réduire considérablement les dépenses d’entretien, ce qui, associé à une construction moins bruyante, crée de plus grandes conditions de cohabitation.
Les éoliennes à axe vertical sont très sensibles au retour en arrière en raison du fait que les pales tournent dans la direction du vent alors qu’elles doivent retourner dans le courant du vent avant d’être repoussées.
En fin de compte, de nouvelles recherches montrent que les éoliennes à axe vertical ne sont pas très différentes de celles à axe horizontal – l’efficacité des éoliennes dépend fortement des conditions de vent de la zone et du volume de production d’électricité requis.
Rotation
En rotation, les pales HAWT obtiennent des effets de force d’inertie variable et de gravité toujours stable. En raison de ces influences, les lames HAWT subissent une charge alternative qui nuit à la résistance à la fatigue des lames.
Pendant la rotation, les effets reçus de l’éolienne à axe vertical sont plus stables en raison de la force d’inertie et de la stabilisation de la gravité. À cet égard, la charge est fixe, de sorte que la longévité en fatigue de VAWT est plus longue que celle de HAWT.
Vitesse du vent
Il est devenu de notoriété publique que les éoliennes à axe horizontal présentent de grandes performances en raison d’une vitesse de démarrage suffisante et de flux de vent constants. Cependant, il convient de mentionner que l’efficacité des éoliennes dépend en grande partie de la conception de la construction.
Pour soutenir cette idée, le Centre de Recherche et de développement en aérodynamique de Chine a réalisé une expérience avec une petite éolienne à axe horizontal avec une vitesse de démarrage d’environ 5 m / s et une vitesse maximale reçue de 5,9 m / s.
L’expérience a prouvé que cette vitesse de démarrage était insuffisante pour surpasser la consommation d’énergie de l’éolienne et n’était donc pas satisfaisante. Dans le même temps, d’autres éoliennes, avec une plage de vitesse du vent plus grande, telles que la WTW-55 de TBHAWT Manufacturing mentionnée ci-dessus, sont une éolienne plus prometteuse en termes d’utilisation commerciale.
Les éoliennes à axe vertical démarrent à une vitesse du vent plus faible, ce qui entraîne des performances moins productives. Pour fournir un rendement raisonnable en termes de coûts, des éoliennes à axe vertical à structure en H doivent être sélectionnées – dans ce cas, un opérateur doit s’assurer que le profil aérodynamique et l’angle d’installation optimal sont respectés avec précision. Ce faisant, une éolienne à structure en H démarrera à la vitesse imbattable de 2 m / s.
Efficacité
Les éoliennes à axe horizontal prévalent sur le marché de l’énergie éolienne en raison de leur efficacité beaucoup plus élevée par rapport au VAWT. À leur tour, les HAWTs se divisent en grandes et petites éoliennes où les grands WT ont besoin de vastes espaces ouverts, idéalement avec un accès au bord de la mer pour recevoir plus de vent.
Les petites éoliennes ont moins de limites et peuvent être utilisées pour les petits ménages domestiques ainsi que pour l’achat d’une communauté ou d’une ville. Certes, tout dépend fortement de la taille du parc éolien – plus il est grand, plus il peut desservir de ménages.
En ce qui concerne l’utilisation commerciale, les éoliennes à axe horizontal laissent VAWT loin derrière en termes de mise à l’échelle et de productivité. Étant de plus grande taille, la maintenance des HAWT coûte plus cher, mais en même temps, elles produisent dix fois plus d’électricité qu’une éolienne moyenne à axe vertical.
Il convient de rappeler que les éoliennes à axe vertical sont sensiblement inefficaces dans les flux de vent à grande vitesse en raison de leurs couples de démarrage finalement faibles et de leurs problèmes de stabilité dynamique.
Les types d’éoliennes à axe horizontal et vertical présentent des avantages et des inconvénients. Pour en tirer le meilleur parti, un développeur doit d’abord décider s’il souhaite qu’une éolienne s’auto-approvisionne ou monétise l’énergie éolienne pour en faire un revenu stable à long terme.
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