Il confronto tra turbine eoliche ad asse orizzontale e verticale
Le turbine eoliche variano in dimensioni e design, dove l’orientamento degli assi – orizzontale o verticale – fa la differenza principale. Ovviamente, in una turbina eolica ad asse orizzontale un’elica verticale gira di fronte al vento orizzontalmente, mentre in una turbina eolica ad asse verticale le pale girano attorno ad un asse verticale rivolto verso il vento verticalmente.
Attraverso anni di sfruttamento, è diventato chiaro che le turbine eoliche ad asse orizzontale, o HAWT, funzionano bene nelle aree aperte mentre i VAWT hanno molte meno restrizioni e quindi possono essere montati su colline e tetti nelle aree urbane.
Panoramica generale di VAWT e HAWT
Per HAWT la direzione del vento è importante in quanto le pale sono più produttive quando il vento scorre ad angolo retto. Inoltre, di solito hanno un azionamento di rotazione per regolare le pale alla direzione del vento.
Al contrario, una turbina eolica ad asse verticale non è così dipendente dall’angolo del vento e può funzionare a una velocità del vento inferiore rispetto a un HAWT medio. Tuttavia, ci sono alcuni progetti di turbine eoliche ad asse orizzontale, come una turbina eolica di TBHAWT Manufacturing, che riescono a sfuggire alla perdita di efficienza progettata per mantenersi efficace anche alla velocità del vento di 8 m/sec o meno.
Le turbine eoliche ad asse verticale stanno verticalmente o perpendicolarmente al terreno convertendo il vento da tutti i 360 gradi intorno. Come una misura perfetta per le aree urbane, VAWTs può essere utilizzato in luoghi con venti incoerenti o aree rurali complesse.
Nonostante questi fatti, i VAWT appaiono meno produttivi degli HAWT a causa della minore velocità operativa e della successiva produttività, ma sono sicuramente una scelta perfetta per una singola famiglia con venti ad alta turbolenza.
Gli HAWT e i VAWT che producono energia elettrica inferiore a 100 kW sono considerati di piccole dimensioni e sono utilizzati principalmente localmente per le esigenze domestiche. Tuttavia ci sono alcuni disegni di HAWT con oltre 50 kW di produzione che si è rivelata redditizia a causa di una buona combinazione di costo-efficacia e portata del cliente.
Le piccole turbine eoliche tendono ad essere più popolari in quanto hanno meno terra e requisiti di investimento che quelli grandi. I piccoli WTS sono particolarmente adatti per aree remote e off-grid e possono essere collegati o scollegati alle linee elettriche nazionali.
Turbina eolica ad asse orizzontale
Le turbine eoliche ad asse orizzontale utilizzano l’energia eolica attraverso pale dirette su un asse orizzontale parallelo al suolo. HAWT affronta il vento perpendicolarmente in modo che le pale delle turbine eoliche girino seguendo un sollevamento aerodinamico.
Gli assi orizzontali WTS prevalgono nel mercato dell’energia eolica in quanto la loro progettazione costruttiva consente di ottenere più energia attraverso la rotazione completa delle pale in termini di flusso costante del vento. Inoltre, le turbine eoliche ad asse orizzontale sono resistenti al backtracking, il che è anche utile in questo tipo di generazione di energia.
Per raggiungere la massima efficienza, le turbine eoliche ad asse orizzontale devono essere posizionate nella direzione del vento. Se la direzione del vento è versatile, l’efficienza della generazione di energia può diminuire significativamente a volte.
Tuttavia, questo inconveniente viene eliminato quando una fattoria di turbine eoliche ad asse orizzontale si trova in un’area correttamente selezionata con il flusso del vento coerente e direzionale.
Una piccola turbina eolica ha spesso una banderuola per allinearsi con la direzione del vento, mentre le grandi turbine eoliche includono un misuratore di imbardata per correggere la posizione della turbina eolica per mantenere allineato con il flusso di vento. Il flusso costante e stabile del vento è importante avere quando un operatore sta cercando una soluzione redditizia.
Turbina eolica ad asse verticale
Le pale della turbina eolica ad asse verticale ruotano perpendicolarmente al suolo e attorno all’asse verticale utilizzando effetti di trascinamento e sollevamento per il funzionamento. Nonostante la mancanza di popolarità rispetto a HAWT, VAWTs può ricevere ed elaborare il vento da qualsiasi direzione in modo che si adatti perfettamente alle aree urbane e suburbane con venti turbolenti e incoerenti.
Il cambio della turbina eolica e alcune delle sue attrezzature possono essere installati più vicino al suolo. In questo modo, un utente di turbine eoliche può ridurre significativamente le spese di manutenzione, che, insieme a una costruzione meno rumorosa, crea maggiori condizioni di co-vita.
Le turbine eoliche ad asse verticale sono piuttosto sensibili al backtracking a causa delle pale che ruotano lungo la direzione del vento mentre devono tornare indietro nel flusso del vento prima di essere respinte.
Alla fine della giornata, nuove ricerche mostrano che le turbine eoliche ad asse verticale non sono molto diverse da quelle ad asse orizzontale: l’efficienza della turbina eolica dipende fortemente dalle condizioni del vento dell’area e dal volume di produzione di energia richiesto.
Rotazione
A rotazione, le lame HAWT ottengono effetti di forza inerziale variabile e gravità sempre stabile. A causa di queste influenze lame HAWT passare attraverso un carico alternato che è dannoso per la resistenza a fatica lama.
Durante la rotazione, gli effetti ricevuti della turbina eolica ad asse verticale sono più stabili a causa della forza inerziale e della stabilizzazione della gravità. A questo proposito, il carico è fisso, quindi la longevità della fatica di VAWT è più lunga di quella di HAWT.
Velocità del vento
È ormai risaputo che le turbine eoliche ad asse orizzontale mostrano grandi prestazioni grazie alla sufficiente velocità di avviamento e ai flussi di vento costanti. Tuttavia, va detto che l’efficacia della turbina eolica dipende in gran parte dalla progettazione della costruzione.
Per sostenere questa idea, il China Aerodynamics Research and Development Center ha condotto un esperimento con una piccola turbina eolica ad asse orizzontale con una velocità iniziale di circa 5 m/s e una velocità massima ricevuta di 5,9 m/s.
L’esperimento ha dimostrato che questa velocità iniziale è insufficiente per sovraperformare il consumo energetico della turbina eolica e quindi è insoddisfacente. Allo stesso tempo, altre turbine eoliche, con una maggiore gamma di velocità del vento come il suddetto WTW-55 di TBHAWT Manufacturing menzionato sopra, sono una turbina eolica più promettente in termini di utilizzo commerciale.
Le turbine eoliche ad asse verticale partono da una velocità del vento inferiore che si traduce in prestazioni meno produttive. Per fornire un rendimento ragionevole, è necessario selezionare le turbine eoliche ad asse verticale H-structure – in questo caso, un operatore dovrebbe assicurarsi che il profilo alare e l’angolo di installazione ottimale siano accuratamente rispettati. In questo modo, una turbina eolica strutturata ad H inizierà all’imbattibile 2 m/s.
Efficienza
Le turbine eoliche ad asse orizzontale prevalgono nel mercato dell’energia eolica grazie alla loro efficienza molto più elevata rispetto a VAWT. A loro volta, gli HAWT si dividono in turbine eoliche grandi e piccole dove i big WT hanno bisogno di ampie aree aperte, idealmente con accesso al mare per ricevere più vento.
Le piccole turbine eoliche hanno meno limitazioni e possono essere utilizzate per piccole famiglie domestiche, nonché per l’approvvigionamento di una comunità o di una città. Sicuramente, tutto dipende fortemente dalle dimensioni del parco eolico: più è grande, più famiglie può servire.
Quando si tratta di uso commerciale, le turbine eoliche ad asse orizzontale lasciano VAWT molto indietro in termini di upscaling e produttività. Essendo di dimensioni maggiori, la manutenzione HAWT costa di più, ma allo stesso tempo produce dieci volte più elettricità di una turbina eolica ad asse verticale media.
È opportuno ricordare che le turbine eoliche ad asse verticale sono notevolmente inefficienti nei flussi di vento ad alta velocità a causa delle loro coppie di avviamento in ultima analisi basse e problemi di stabilità dinamica.
Entrambi i tipi di turbine eoliche ad asse orizzontale e verticale presentano vantaggi e svantaggi. Per ottenere la maggior parte di esso, uno sviluppatore deve prima decidere se vogliono una turbina eolica di auto-procurarsi, o per monetizzare l’energia eolica trasformando turbine eoliche in un reddito stabile a lungo termine.
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