Energia wiatru odgrywa coraz większą rolę w globalnym bilansie energetycznym, stanowiąc jedno z najważniejszych źródeł energii odnawialnej. Ważnym elementem systemów wykorzystujących tę energię są turbiny wiatrowe. W zależności od konstrukcji, układu osi obrotu i sposobu działania, turbiny wiatrowe dzielą się na dwa główne rodzaje: turbiny o poziomej osi obrotu oraz turbiny o pionowej osi obrotu. Każdy z tych typów ma swoje unikalne cechy, zastosowania i zalety, które warto poznać.
Turbiny o poziomej osi obrotu
Turbiny o poziomej osi obrotu są najczęściej spotykanym typem urządzeń wykorzystywanych w farmach wiatrowych. Charakterystycznym elementem ich budowy jest wirnik zamocowany na poziomej osi, który obraca się pod wpływem działania wiatru. Ten rodzaj turbiny przypomina tradycyjny wiatrak używany od wieków w rolnictwie, choć jego nowoczesna wersja jest znacznie bardziej zaawansowana technologicznie.
Budowa i działanie
HAWT składają się z trzech głównych elementów: gondoli, wieży i łopat wirnika. Gondola mieści najważniejsze mechanizmy, takie jak generator, układ przekładniowy oraz systemy sterujące. Wieża podtrzymuje gondolę i wirnik na odpowiedniej wysokości. Pozwala na lepsze wykorzystanie prędkości wiatru, która wzrasta wraz z wysokością nad poziomem gruntu.
Wirnik, składający się najczęściej z trzech łopat, obraca się pod wpływem wiatru. Wprawia to w ruch generator w gondoli, zamieniając energię kinetyczną wiatru na energię elektryczną. Dzięki zaawansowanym systemom sterowania HAWT potrafią obracać się w kierunku wiejącego wiatru, co optymalizuje wydajność urządzenia.
Zastosowanie i zalety
Turbiny HAWT dominują w dużych farmach wiatrowych, zarówno na lądzie, jak i na morzu. Dzięki wysokiej sprawności i dużej mocy generowanej przez pojedyncze urządzenia są one opłacalnym wyborem do produkcji energii na skalę przemysłową. Kolejną zaletą jest możliwość uzyskania wyższej prędkości obrotowej wirnika. Przekłada się to na wyższą sprawność konwersji energii wiatru na energię elektryczną.
Głównym wyzwaniem w przypadku HAWT jest ich skomplikowana budowa oraz konieczność instalowania ich na dużych wysokościach. Proces budowy i montażu wieży, gondoli i łopat wymaga specjalistycznego sprzętu i wysokich nakładów finansowych.
Turbiny o pionowej osi obrotu
Turbiny o pionowej osi obrotu (VAWT) różnią się od swoich poziomych odpowiedników przede wszystkim konstrukcją wirnika, który obraca się wokół pionowej osi. W przeciwieństwie do HAWT, te turbiny nie muszą obracać się w kierunku wiatru.
Budowa i działanie
VAWT można podzielić na dwa główne podtypy: turbiny typu Savonius i Darrieus. Turbiny Savoniusa przypominają dwie połówki beczki, które obracają się pod wpływem wiatru, generując ruch obrotowy. Turbiny Darrieusa mają bardziej zaawansowaną konstrukcję z wirnikiem o charakterystycznym kształcie litery „C” lub „H”.
W obu przypadkach pionowa oś obrotu umożliwia pracę turbiny niezależnie od kierunku wiatru. Eliminuje to konieczność stosowania skomplikowanych systemów śledzenia wiatru. Ponadto w przeciwieństwie do HAWT, generator i inne podzespoły można umieścić na poziomie gruntu.
Zastosowanie i zalety
Turbiny VAWT są szczególnie przydatne w warunkach miejskich, na obszarach o zmiennym kierunku wiatru oraz w miejscach, gdzie konieczne jest ograniczenie wysokości konstrukcji. Dzięki swojej budowie mogą być instalowane w bezpośredniej bliskości budynków i infrastruktury.
Zaletą turbin VAWT jest ich prostsza budowa i niższe koszty instalacji, ponieważ nie wymagają wysokich wież ani skomplikowanych systemów orientacji względem wiatru. Dodatkowo ich działanie jest cichsze, co czyni je bardziej odpowiednimi do zastosowań w środowisku miejskim.
