Horizontális és vertikális szélturbinák
A két fő szélturbina típus összehasonlítása — HAWT vs. VAWT
A szélturbinák két világa
A szélturbinák a szél mozgási energiáját alakítják át villamos energiává. A forgástengelyük elhelyezkedése szerint két fő típust különböztetünk meg: a vízszintes tengelyű (HAWT) és a függőleges tengelyű (VAWT) szélturbinákat.
Mindkét típusnak megvannak a maga előnyei és hátrányai. A választás az adott alkalmazási területtől, a szélviszonyoktól, a rendelkezésre álló helytől és az energiaigénytől függ.
Vízszintes tengelyű szélturbinák (HAWT)
Horizontal Axis Wind Turbine
A HAWT turbinák forgástengelye párhuzamos a talajjal és a légárammal. Világszerte ezek a legelterjedtebb szélturbinák, elsősorban nagyléptékű villamosenergia-termelésre használják. Általában 2-3 aerodinamikai kialakítású lapáttal rendelkeznek, amelyek repülőgép-propellerekre emlékeztetnek.
Felépítés
- •Rotor lapátok: 2-3 aerodinamikus lapát, felhajtóerő-elven működnek
- •Gépház (nacelle): A torony tetején, tartalmazza a generátort, sebességváltót és vezérlőrendszert
- •Torony: Magas szerkezet, amely a magasabb, erősebb szélhez juttatja a rotort
- •Irányító rendszer (yaw): Automatikusan a szélbe fordítja a turbina rotorját
Előnyök
- • Magas hatásfok (50-60%)
- • Erősebb, stabilabb szél magasabban
- • Önindító képesség
- • Kitűnően skálázható (MW teljesítményig)
- • Állítható lapátszög viharvédelemhez
- • Bizonyított, kiforrt technológia
Hátrányok
- • Magas zajszint
- • Szállítás és telepítés nehézkes
- • Karbantartás magasban — drága, speciális eszközök
- • Széliránytól függő működés
- • Madár- és deneverveszély
- • Nagy helyigény, vizuális hatás
Függőleges tengelyű szélturbinák (VAWT)
Vertical Axis Wind Turbine
A VAWT turbinák forgástengelye függőleges, merőleges a talajra. Kisebb méretűk és széliránytól független működésük miatt ideálisak városi környezetben, épületek tetején és turbulens szélviszonyok között.
Főbb típusok
Darrieus turbina
Görbe vagy egyenes lapátokkal ("tojásverő" forma). Felhajtóerő és ellenállás elvén működik. Magas forgatónyomaték, de gyakran külső indítást igényel.
Savonius turbina
S-alakú vagy félhenger lapátokkal. Főleg ellenállás-elven működik. Önindító, de alacsonyabb hatásfokú.
Előnyök
- • Bármely szélirányból működik
- • Alacsony zajszint (akár <30 dB)
- • Egyszerű karbantartás (földközelben)
- • Turbulens szélben is hatékony
- • Kis helyigény, kompakt kialakítás
- • Biztonságosabb madaraknak
- • Alacsony indítási szélsebesség (0,7 m/s-től)
- • Jól kombinálható napelemekkel
Hátrányok
- • Alacsonyabb hatásfok, mint a HAWT
- • Korlátozott skálázhatóság
- • Talajközeli turbulencia érzékenység
- • Egyes típusok nem önindítók
- • Magasabb mech. igénybevétel
- • Jelenleg még drágább előállítás
Összehasonlító táblázat
| Szempont | HAWT (vízszintes) | VAWT (függőleges) |
|---|---|---|
| Hatásfok | Magas (50-60%) | Alacsonyabb (30-40%) |
| Teljesítmény tartomány | kW – több MW | W – néhány kW |
| Szélirány függőség | Igen (yaw rendszer kell) | Nem (omnidirekcionális) |
| Zajszint | Magas | Alacsony (<30 dB) |
| Indítási szélsebesség | ~3,5 m/s (12,6 km/h) | ~0,7 m/s (2,5 km/h) |
| Karbantartás | Nehéz (magasban) | Egyszerű (földközelben) |
| Helyigény | Nagy | Kis (kompakt) |
| Skálázhatóság | Kitűnő | Korlátozott |
| Városi használat | Nem alkalmas | Ideális |
| Turbulens szél tűrés | Gyenge | Jó |
| Madárvédelem | Problémás | Biztonságos |
| Telepítési költség | Magas | Alacsony |
| Napelemmel kombinálható | Nehezen | Kitűnően |
Melyiket válassza?
HAWT — ideális ha:
- Nagy teljesítményű energiatermelés szükséges
- Nyitott, szeles területen telepítjük
- Szélfarm vagy ipari alkalmazáshoz
- Erős, állandó szélviszonyok jellemzőek
VAWT — ideális ha:
- Városi környezetben, épület tetejére telepítjük
- Alacsony zajszint fontos (lakóövezet)
- Változó, turbulens szélviszonyok
- Napelemekkel kombinált hibrid rendszer
- Kis helyigény, egyszerű karbantartás
Összegzés
Erős és egyenletes szél esetén a HAWT turbinák hatékonyabbak és nagyobb teljesítményre képesek. Ha azonban a hely korlátozott, a szél gyengébb és turbulensebb, vagy városi környezetben kell telepíteni, a VAWT turbinák jelentik a jobb választást. A két technológia kiegészíti egymást — a jövő a helyi adottságokhoz igazított, akár hibrid megoldásoké.