Arten von Windkraftanlagen

In meinem vorherigen Artikel wurde erklärt, dass verschiedene Arten von Windkraftanlagen die kinetische Energie des Windes zur Stromerzeugung nutzen. Tatsächlich gilt Windenergie als die sauberste Art, mechanische und/oder elektrische Energie zu erzeugen. Die erhaltene Energie kann basierend darauf klassifiziert werden, wie die Windenergie geerntet wird; Landwind und Offshore-Wind. Lesen Sie den folgenden Artikel, um mehr darüber zu erfahren!

Heute geht es um die verschiedenen Arten von Windenergieanlagen und ihre Vor- und Nachteile in ihren verschiedenen Anwendungen.

Arten von Windkraftanlagen

Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Windturbinen aufgeführt, die zur Stromerzeugung verwendet werden.

Windturbinen mit horizontaler Achse (HAWTs)

Windturbinen mit horizontaler Achse sind heute die am häufigsten verwendeten Turbinen, obwohl einige Einschränkungen auftreten. Die Propellerflügel sind so konstruiert, dass sie sich um eine horizontale Achse drehen. Seine Komponenten umfassen Rotorblätter, die mit einer Welle verbunden sind, die ferner mit einem Generator verbunden ist, der elektrische Energie erzeugt. Diese Blätter sehen aus wie ein Flugzeugpropeller, der auf einem Turm montiert ist.

Bei diesen Arten von Windturbinen ist ein Windsensor auf einem Giermechanismus (Gondel genannt) montiert, damit sich die Turbine richtig auf die Windrichtung ausrichten kann. Dadurch wird eine effektivere Verteilung der Windenergie auf die Rotoren erzwungen.

Die Struktur von Windturbinen mit horizontaler Achse muss stark genug sein, um das Gewicht der Gerätekomponenten zu tragen. Einige dieser Komponenten sind Rotorblätter, Getriebe, Generator usw. Außerdem muss die Basis dem starken Wind standhalten, der geblasen wird. Die Gondel enthält jedoch ein Bremselement, das hilft, die Blätter sofort zu stoppen, wenn starker oder unkontrollierter Wind auftritt.

Unter allen Arten von Turbinen hat die Windkraftanlage mit horizontaler Achse einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Stromerzeugung. Diese Turbine ist oft in zwei Typen erhältlich, nämlich; Up-Wind- und Down-Wind-Turbinen.

Aufwindturbinen:

Bei einer Aufwind-HAWTs-Turbine erreicht der Wind die Rotoren vor dem Turm, dh sie ist dem Wind zugewandt. Dadurch leiden die Rotoren nicht unter dem Windschatten hinter dem Turm, was zu einem effizienteren Betrieb führt. Außerdem ist das System weniger verschleißanfällig. Der Giermechanismus erhöht jedoch das Gewicht der Struktur.

In den meisten Konstruktionen sind Aufwindrotoren nicht flexibel, sodass sie sich nicht verbiegen oder mit dem Turm kollidieren würden. Dies tritt häufig bei hoher Windgeschwindigkeit auf. Um dies weiter zu vermeiden, wird der Rotor in einigem Abstand vom Turm platziert. Aus diesem Grund sind die Herstellungsschwierigkeiten dieser Arten von Windturbinen hoch. Die Starrheit der Rotorblätter bedeutet, dass schwereres Material für die Blattkonstruktion erforderlich ist.

Windrichtungsturbinen:

Diese Arten von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse sind weniger verbreitet, aber ihr Design sieht dem vorherigen Typ ziemlich ähnlich. Der einzige Unterschied besteht in der Position des Rotors, der dem Turm nachgeschaltet ist. Bei den Downwind-Typen trifft der Wind auf den Turm, bevor er die Rotorblätter erreicht. Das Design ermöglicht mehr Flexibilität bei den Rotorblättern, wodurch leichtere Materialien verwendet werden können. Die Vorteile des Downwinds umfassen ein geringeres strukturelles Gewicht und eine bessere strukturelle Dynamik des Turms, indem ein Teil der Last vom Turm auf die Rotorblätter während ihres Betriebs entlastet wird.

Die Windturbinentypen mit horizontaler Gegenwindachse benötigen keinen Giermechanismus. Denn Rotor und Gehäuse sind so konstruiert, dass das Gehäuse der Windrichtung folgt. Da sich der Rotor stromabwärts des Turms befindet, leidet er unter Windschatten, wodurch die erzeugte Strommenge schwankt. Windschatten kann auch zu Ermüdung der Gegenstücke des Systems führen.

Vor- und Nachteile von horizontalachsigen Windturbinen HAWTs

Vorteile:

Nachfolgend sind die Vorteile von Windkraftanlagen mit horizontaler Achse aufgeführt.

• Aufgrund der hohen Turmbasis kann stärkerer Wind zugänglich sein.
• Da sich die Rotorblätter senkrecht zum Wind bewegen, wird während der gesamten Rotation Energie aufgenommen. Dies führt zu einer höheren Effizienz.

Nachteile:

Trotz der guten Vorteile von Windturbinen mit horizontaler Achse treten immer noch einige Einschränkungen auf. Nachfolgend sind die Nachteile von HAWTs aufgeführt.

• Schwere Komponenten wie Blätter, Getriebe, Generator sind aufgrund der massiven Turmkonstruktion erforderlich.
• Seine Komponenten werden in Position gehoben.
• Die Höhe dieser Art von Windenergieanlagen macht sie weiträumig auffällig sichtbar. Dies stört das Erscheinungsbild der Landschaft und kann in einigen Fällen zu lokalem Widerstand führen.
• Die Gegenwindvariante leidet unter Ermüdung und strukturellem Versagen, die durch Turbulenzen verursacht werden, wenn ein Rotorblatt den Windschatten des Turms passiert. Aus diesem Grund verwenden die meisten HAWTs ein Up-Wind-Design, da der Rotor vor dem Turm dem Wind zugewandt ist.
• Ein zusätzlicher Giersteuermechanismus ist erforderlich, um die Blätter in den Wind zu drehen.
• Das Bremsen ist erforderlich, um zu verhindern, dass sich die Turbine bei starkem Wind dreht. Dadurch wird das System vor Zerstörung durch starken Wind geschützt.
• Zyklische Belastungen und Vibrationen werden verursacht, wenn die Turbine versucht, sich in den Wind zu drehen.

Windturbinen mit vertikaler Achse (VAWT)

Bei Windkraftanlagen mit vertikaler Achse drehen die Rotoren eine Welle, die vertikal installiert ist. Dieses Design ermöglicht eine geringere Empfindlichkeit gegenüber der Windrichtung, was es perfekt für Betriebe macht, in denen sich die Richtung häufig ändert. Mit anderen Worten, egal aus welcher Richtung der Wind weht, die Blätter würden sich immer noch bewegen und die Welle drehen, um Strom zu erzeugen.

Die Windkraftanlagen mit vertikaler Achse haben ihren Generator in Bodennähe. Daher wird zusätzliches Gewicht auf dem Rotor entlastet und die Konstruktion weniger komplex. Dies erleichtert auch die Wartung im Vergleich zu Windkraftanlagen mit horizontaler Achse. Allerdings haben Windkraftanlagen mit vertikaler Achse aufgrund des erheblichen Luftwiderstands an den Rotoren einen geringeren Wirkungsgrad als HAWTs. Eine geringere Leistungsabgabe ist ein weiterer Faktor, da die Windgeschwindigkeit und ihre Strömung in einer Entfernung vom Boden höher und gleichmäßiger als in Bodennähe sind.

Drag-based oder Savonius-Turbine – Sie haben im Allgemeinen Rotoren mit massiven Flügeln, die sich um eine vertikale Achse drehen.

Lift-basierte oder Darrieus-Turbine – haben einen hohen, vertikalen Flügelstil, obwohl einige eine Schneebesenform zu haben scheinen. Ein Windturm ist eine Art auftriebsbasierte Turbine, obwohl er noch unabhängigen Tests unterzogen wird.

Vor- und Nachteile von Windkraftanlagen mit vertikaler Achse (VAWTs)

Vorteile:

Nachfolgend sind die Vorteile von Windkraftanlagen mit vertikaler Achse aufgeführt.

• Strom wird in jeder Windrichtung produziert.
• Ein starker Stützturm ist nicht erforderlich, da die meisten seiner Komponenten auf dem Boden stehen.
• Geringe Produktionskosten im Vergleich zu Windturbinen mit horizontaler Achse.
• Gierantrieb und Pitchmechanismus entfallen, da die Turbine nicht in Windrichtung stehen muss.
• Einfache Installation
• Niedrige Wartungskosten
• Einfach von einem Ort zum anderen zu transportieren.
• Geeignet für Gebiete mit extremen Wetterbedingungen.
• Sie werden in städtischen Gebieten installiert.
• Geringes Risiko für Menschen und Vögel, da sich die Klingen mit relativ geringen Geschwindigkeiten bewegen.

Nachteile:

• Effizienz ist gering, da jeweils nur eine Klinge arbeitet.
• Der erste Startschub ist erforderlich, damit sich die Klingen drehen können.
• Windkraftanlagen mit vertikaler Achse sind aufgrund des zusätzlichen Widerstands, der entsteht, wenn sich die Blätter drehen, sehr weniger effizient.
• Die Vibration ist relativ hoch, da der Luftstrom in Bodennähe eine turbulente Strömung erzeugt.
• Diese Vibration erhöht den Lagerverschleiß, was zu einem Anstieg der Wartungskosten führen kann.
• VAWTs verursachen Lärmbelästigung.

Schlussfolgerung

Verschiedene Arten von Windkraftanlagen sind aus einem oder mehreren Gründen geeignet. Die Typen mit horizontaler Achse werden aufgrund ihrer Effektivität häufig verwendet, und eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse kann aufgrund ihrer Tragbarkeit in jedem geografischen Gebiet eingesetzt werden. Das ist alles für diesen Artikel, Arten von Windkraftanlagen und ihre Vor- und Nachteile.

Ich hoffe, Sie haben viel von diesem Beitrag mitgenommen, wenn ja, teilen Sie ihn bitte mit anderen Schülern. Danke fürs Lesen. Bis zum nächsten Mal!