風力タービンの種類

以前の記事で、さまざまなタイプの風力タービンが風の運動エネルギーを使用して発電することを説明しました。実際、風力エネルギーは、機械的および/または電力を生成する最もクリーンな方法として知られています。得られたエネルギーは、風力エネルギーがどのように収穫されるかに基づいて分類できます。陸風と洋上風。これについて詳しくは、以下の記事をお読みください!

今日は、さまざまなタイプの風力タービンと、さまざまな用途における長所と短所について説明します。

風力タービンの種類

以下は、発電に使用されるさまざまなタイプの風力タービンです。

水平軸風力タービン (HAWT)

水平軸タイプの風力タービンは、いくつかの制限はありますが、現在最も使用されているタービンです。ブレードのプロペラ スタイルは、水平軸を中心に回転するように設計されています。そのコンポーネントには、電気エネルギーを生成する発電機にさらに接続されたシャフトに接続されたローターブレードが含まれます。これらのブレードは、タワーの頂上に取り付けられた航空機のプロペラのように見えます。

これらのタイプの風力タービンでは、風センサーがヨーイング機構 (ナセルと呼ばれる) に取り付けられているため、タービンは風向に適切に整列することができます。したがって、風力エネルギーのより効果的な分配がローターに強制されます。

水平軸風力タービンの構造は、デバイス コンポーネントの重量を支えるのに十分な強度が必要です。これらのコンポーネントには、ローター ブレード、ギアボックス、発電機などが含まれます。また、ベースは、吹き付けられる強風に耐えることができなければなりません。ただし、ナセルには、強風または制御不能な風が発生したときにブレードを即座に停止させるのに役立つブレーキ要素が含まれています.

風車の中でも水平軸風車は効率が高く、発電量も多い。このタービンは、多くの場合、2 つのタイプで利用できます。風上タービンと風下タービン。

風上タービン:

アップウィンド HAWT タービンでは、風はタワーの前にローターに到達します。つまり、風に面します。これにより、ローターがタワーの背後にある風の影に悩まされることがなくなり、より効率的な運用が可能になります。また、システムは磨耗しにくくなっています。ただし、ヨーイング機構により構造の重量が増します。

ほとんどの設計では、風上ローターは柔軟ではないため、曲がったりタワーに衝突したりしません。これは、風速が速いときによく発生します。これをさらに回避するために、ローターはタワーから少し離れた場所に配置されます。このため、これらのタイプの風力タービンの製造は非常に困難です。ローター ブレードが柔軟性に欠けるということは、ブレードの構造により重い材料が必要になることと同じです。

風下タービン:

これらのタイプの水平軸風力タービンはあまり一般的ではありませんが、その設計は以前の説明タイプとほとんど同じように見えます。唯一の違いは、タワーの下流にあるローターの位置です。ダウンウィンドタイプでは、風がブレードに到達する前にタワーに当たります。この設計により、ローター ブレードの柔軟性が向上し、より軽量な素材を使用できるようになります。風下の利点には、動作中にタワーからブレードへの負荷の一部を取り除くことによる、構造重量の軽量化とタワーの構造ダイナミクスの向上が含まれます。

風下水平軸タイプの風力タービンは、ヨーイング機構を必要としません。これは、ローターとケーシングが風向きに追従するように設計されているためです。ローターはタワーの下流にあるため、風の影響を受けて発電量が変動します。ウィンド シェードも、システムのカウンターパートに疲労を引き起こす可能性があります。

水平軸風力タービン HAWT の長所と短所

利点:

以下は、水平軸風力タービンの利点です。

• 塔の土台が高いため、より強い風にアクセスできます。
• ブレードが風に対して垂直に動くため、回転全体で力を受けます。これにより、効率が向上します。

短所:

水平軸風力タービンには優れた利点がありますが、それでもいくつかの制限があります。以下は、HAWT の欠点です。

• 大規模なタワー建設のため、ブレード、ギアボックス、発電機などの重いコンポーネントが必要です。
• そのコンポーネントが所定の位置に持ち上げられています。
• これらのタイプの風力タービンは高さがあるため、広い範囲で目立たなくなります。これは景観の外観を乱し、場合によっては地元の反対を引き起こす可能性があります。
• ダウンウィンド型は、ブレードがタワーの風の影を通過する際の乱気流によって引き起こされる疲労と構造的な破損に悩まされます。これが、ローターがタワーの前で風に面するため、HAWT の大部分が風上設計を使用する理由です。
• ブレードを風の方向に向けるには、追加のヨー制御メカニズムが必要です。
• 強風時にタービンが回転しないようにするには、ブレーキが必要です。これにより、システムが強風によって破壊されるのを防ぐことができます。
• 風車が風に向かって回転しようとすると、周期的な応力と振動が発生します。

垂直軸風力タービン (VAWT)

垂直軸型の風車は、垂直に設置されたシャフトをローターで回転させます。この設計により、風の方向に対する感度が低くなり、方向が頻繁に変わる農場に最適です。言い換えれば、風がどの方向に吹いても、ブレードは動き、シャフトを回転させて動力を生み出します.

垂直軸タイプの風力タービンは、発電機が地面の近くにあります。したがって、ローターの余分な重量が軽減され、設計の複雑さが軽減されます。これにより、水平軸風車に比べてメンテナンスも容易になります。ただし、垂直軸風力タービンは、ローターにかかる空気抵抗が大きいため、HAWT よりも効率が低くなります。地面から離れた場所での風速とその流れは、地面よりも高く滑らかであるため、発電量が少ないことも別の要因です。

抗力ベース、またはサボニウス タービン – 通常、垂直軸を中心に回転する固体ベーンを備えたローターを備えています。

リフトベース、またはダリウス タービン – エッグビーターの形をしているように見えるものもありますが、背が高く垂直な翼形をしています。風の尖塔は揚力を利用したタービンの一種ですが、まだ独立した​​試験が行われています。

垂直軸風力タービン (VAWT) の長所と短所

利点:

以下は、垂直軸風力タービンの利点です。

• どの風向きでも電力が生成されます。
• コンポーネントのほとんどが地面に置かれているため、強力な支持塔は必要ありません。
• 水平軸風力タービンに比べて生産コストが低い
• 風向にタービンが必要ないため、ヨー駆動とピッチ機構が不要になります。
• 簡単なインストール
• 低い維持費
• ある場所から別の場所への移動が簡単
• 極端な気象条件の地域に適しています。
• 都市部に設置されています。
• ブレードは比較的低速で動くため、人間や鳥へのリスクが低い。

短所:

• 一度に 1 つのブレードしか動作しないため、効率が低くなります。
• ブレードが回転し始めるには、最初のプッシュが必要です。
• 垂直軸風力タービンは、ブレードが回転するときに追加の抗力が発生するため、効率が非常に低くなります。
• 地面近くの気流が乱流を作るため、振動が比較的大きくなります。
• この振動によりベアリングの摩耗が増加し、メンテナンス コストが増加する可能性があります。
• VAWT は騒音公害を引き起こします。

結論

さまざまなタイプの風力タービンが適しているのには、1 つ以上の理由があります。水平軸タイプはその有効性のために一般的に使用され、垂直軸風力タービンはその携帯性のためにあらゆる地理的領域で使用できます。この記事、風力タービンの種類とその長所と短所は以上です。

この投稿から多くのことを学んでいただければ幸いです。もしそうなら、親切に他の学生と共有してください。読んでくれてありがとう。それではまた！