Jako dostawca pionowych turbin byłem świadkiem rosnącego zapotrzebowania na wydajne i niezawodne rozwiązania energii odnawialnej. Spośród różnych rodzajów turbin pionowych turbina pionowa Savonius wyróżnia się prostotą, niskim kosztem i zdolnością do działania w niskich warunkach wiatru. Jednak, jak każda technologia, zawsze jest miejsce na poprawę. W tym poście na blogu podzielę się niektórymi strategiami na temat zwiększenia wydajności pionowej turbiny Savonius.
Zrozumienie pionowej turbiny Savonius
Przed zanurzeniem się w strategie poprawy konieczne jest zrozumienie podstawowej zasady pracy pionowej turbiny Savonius. Turbina Savonius składa się z dwóch lub więcej zakrzywionych ostrzy, które są przymocowane do centralnego wału. Kiedy wiatr wieje, tworzy różnicę ciśnienia między wklęsłymi i wypukłymi stronami ostrzy, powodując obrót turbiny. Ten obrót jest następnie przekształcany w energię elektryczną przez generator.
Jedną z głównych zalet Turbiny Savonius jest jej zdolność do działania w dowolnym kierunku wiatru, dzięki czemu jest odpowiednia zarówno dla obszarów miejskich, jak i wiejskich. Jednak jego wydajność jest zwykle niższa w porównaniu z innymi rodzajami turbin wiatrowych, takich jak turbiny wiatrowe turbiny Darrieus lub oś poziomej. Wynika to głównie z wysokiego współczynnika oporu ostrzy i stosunkowo niskiego stosunku prędkości końcówki.
Ulepszenie projektu ostrzy
Projekt ostrza odgrywa kluczową rolę w wydajności pionowej turbiny Savonius. Optymalizując kształt, rozmiar i materiał ostrzy, możemy znacznie zwiększyć wydajność turbiny.
Kształt ostrza
Tradycyjne ostrze Savonius ma półkoliste kształt, który jest prosty w produkcji, ale niezbyt wydajny. Ostatnie badania wykazały, że modyfikacja kształtu ostrza może poprawić wydajność turbiny. Na przykład stosowanie helikalnej konstrukcji ostrza może zmniejszyć fluktuacje momentu obrotowego i zwiększyć moc wyjściową. Kształt spiralny umożliwia jednoczesnym wiatru z wielu kierunków z wielu kierunków, co powoduje bardziej stabilny obrót.
Inną opcją jest użycie ostrza w kształcie płata. Ostrza płata są zaprojektowane do generowania podnoszenia, co może zwiększyć wydajność turbiny poprzez zmniejszenie siły oporu. Jednak łopaty płetw są bardziej złożone w produkcji i mogą wymagać bardziej precyzyjnego wyrównania.
Rozmiar ostrza
Rozmiar ostrzy wpływa również na wydajność turbiny. Zasadniczo większe ostrza mogą uchwycić więcej energii wiatrowej, ale wymagają również więcej momentu obrotowego do obrócenia. Dlatego ważne jest, aby znaleźć optymalny rozmiar ostrza na podstawie warunków wiatru i zamierzonej aplikacji.
Oprócz ogólnej wielkości współczynnik kształtu ostrzy (stosunek długości łopatki do szerokości ostrza) może również wpływać na wydajność turbiny. Wyższy współczynnik kształtu może zmniejszyć siłę oporu i zwiększyć moc wyjściową, ale może również uczynić ostrza bardziej podatne na zginanie i wibracje.
Materiał ostrza
Wybór materiału ostrza jest kolejnym ważnym czynnikiem do rozważenia. Materiał ostrzy powinien być lekki, silny i trwały, aby wytrzymać surowe warunki środowiskowe. Wspólne materiały stosowane na łopatki turbinowe Savonius obejmują włókno włókna, aluminium i włókno węglowe.
Włókno szklane jest popularnym wyborem ze względu na niski koszt, łatwość produkcji i dobre właściwości mechaniczne. Aluminium jest również lekkim i odpornym na korozję materiał, ale może być droższy niż włókno szklane. Włókno węglowe jest najdroższą opcją, ale oferuje najwyższy stosunek wytrzymałości do masy i może znacznie poprawić wydajność turbiny.
Optymalizacja konfiguracji turbiny
Oprócz projektu ostrza konfiguracja turbiny odgrywa również rolę w wydajności pionowej turbiny Savonius. Optymalizując liczbę ostrzy, odstępy między ostrzami i położeniem turbiny, możemy dodatkowo zwiększyć jej wydajność.
Liczba ostrzy
Liczba ostrzy w turbinie Savonius może wpływać na jej wydajność na kilka sposobów. Zasadniczo zwiększenie liczby ostrzy może zwiększyć moment obrotowy i moc wyjściową, ale również zwiększa siłę oporu i koszty produkcji. Dlatego ważne jest, aby znaleźć optymalną liczbę ostrzy na podstawie konkretnej aplikacji.
Większość turbin Savonius ma dwa lub trzy ostrza, co stanowi dobrą równowagę między wydajnością a kosztami. Jednak niektóre badania wykazały, że stosowanie czterech lub więcej ostrzy może jeszcze bardziej poprawić wydajność turbiny, szczególnie w niskich warunkach wiatru.
Odstępy od ostrza
Odstępy między ostrzami wpływają również na wydajność turbiny. Jeśli ostrza są zbyt blisko siebie, mogą zakłócać się nawzajem przepływu powietrza, zmniejszając wydajność. Z drugiej strony, jeśli ostrza są zbyt daleko od siebie, turbina może nie uchwycić wystarczającej ilości energii wiatrowej.
Optymalne odstępy od ostrzy zależą od konstrukcji ostrza, warunków wiatru i wielkości turbiny. Zasadniczo zaleca się odstępy od ostrza od 0,1 do 0,2 razy średnica ostrza.
Pozycja turbiny
Położenie turbiny w stosunku do kierunku wiatru może również wpływać na jej wydajność. Idealnie, turbina powinna być zainstalowana na otwartym obszarze, w którym może otrzymać niezakłócony przepływ wiatru. Unikaj instalowania turbiny w pobliżu budynków, drzew lub innych przeszkód, które mogą powodować turbulencje i zmniejszyć prędkość wiatru.
Ponadto wysokość turbiny nad ziemią może również wpływać na jej wydajność. Zasadniczo im wyższa jest turbina, tym wyższa prędkość wiatru i moc wyjściowa. Jednak zbyt wysoka instalacja turbiny może również zwiększyć koszt i złożoność instalacji.
Włączenie zaawansowanych technologii
W ostatnich latach opracowano kilka zaawansowanych technologii w celu poprawy wydajności turbin wiatrowych. Uwzględniając te technologie do pionowej turbiny Savonius, możemy dodatkowo zwiększyć jej wydajność i niezawodność.
Zmienna kontrola skoku
Zmienna kontrola skoku jest technologią, która umożliwia dostosowanie kąta ostrzy w oparciu o warunki wiatru. Zmieniając wysokość ostrza, turbina może zoptymalizować swoją wydajność w różnych prędkościach i kierunkach wiatru. Może to znacznie zwiększyć moc wyjściową i wydajność turbiny.
Jednak zmienne systemy sterowania wysokościami są bardziej złożone i kosztowne niż systemy stałego tonu. Dlatego są one zwykle używane w większych i bardziej zaawansowanych turbinach wiatrowych.
Inteligentne monitorowanie i kontrola
Inteligentne systemy monitorowania i sterowania mogą dostarczyć danych w czasie rzeczywistym na temat wydajności turbiny, takich jak prędkość wiatru, moc wyjściowa i temperatura. Dane te można wykorzystać do optymalizacji działania turbiny i wykrycia potencjalnych problemów, zanim staną się poważne.
Na przykład, jeśli prędkość wiatru jest zbyt niska, system sterowania może wyregulować wysokość ostrza lub obciążenie generatora, aby zmaksymalizować moc wyjściową. Jeśli element turbiny działa nieprawidłowo, system może wysłać operator ostrzeżenie, umożliwiając mu podjęcie działań naprawczych.
Magazynowanie energii
Systemy magazynowania energii mogą przechowywać nadmiar energii wytwarzanej przez turbinę w okresach silnego wiatru i uwolnić ją w okresach niskiego wiatru. Może to pomóc ustabilizować moc wyjściową i uczynić turbinę bardziej niezawodną.
Wspólne technologie magazynowania energii obejmują akumulatory, koła zamachowe i pompowane w magazynie wodne. Każda technologia ma własne zalety i wady, a wybór systemu magazynowania energii zależy od konkretnej aplikacji i dostępnych zasobów.
Wniosek
Poprawa wydajności pionowej turbiny Savonius wymaga połączenia zoptymalizowanego projektu ostrzy, konfiguracji turbiny i zaawansowanych technologii. Wdrażając te strategie, możemy zwiększyć wydajność, niezawodność i opłacalność turbiny, co czyni ją bardziej atrakcyjną opcją dla zastosowań energii odnawialnej.
Jako dostawca pionowych turbin jesteśmy zaangażowani w zapewnianie naszym klientom wysokiej jakości produktów i innowacyjnych rozwiązań. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o naszych pionowych turbinach Savonius lub masz pytania dotyczące poprawy ich wydajności, nie wahaj się [skontaktuj się z nami w celu zamówienia i negocjacji]. Z niecierpliwością czekamy na współpracę z Tobą w celu osiągnięcia twoich celów energii odnawialnej.
Odniesienia
- Hansen, Mol (2008). Aerodynamika turbin wiatrowych. Earthscan.
- Manwell, JF, McGowan, JG i Rogers, AL (2010). Energia wiatru wyjaśniła: teoria, projekt i zastosowanie. Wiley.
- Saha, UK, i Rajkumar, S. (2014). Recenzja wydajności turbin wiatrowych Savonius. Renewable i zrównoważone recenzje energii, 33, 710-721.
