زمانی که سخن از توربین های بادی میشود، اکثریت مردم به یاد پره ها و برج های بزرگ می افتند اگر چه تا سالیان سال توربین های بادی تنها به این شکل بودند، اما دیگر این گونه نیست. امروزه توربین های بادی به دونوع افقی محور و عمود محور دسته بندی می شوند:

توربین های بادی عمود محور Darrieus که با نیروی برا (Lift) کار می کنند، بازدهی بهتری نسبت به مدل Savonius که با نیروی پسا (Drag) کار می کنند، دارند.

نکته قابل توجه در مدل Darrieus این است که تغییرات عمده در جهت و مقدار نیروهای اعمال شده به سازه پره ها در طول هر سیکل دورانی، سبب ایجاد پدیده نامطلوب خستگی می گردد. طراحان اثرات مخرب این نقیصه را با انتخاب تکنولوژی برتر، استفاده از مواد پیشرفته کامپوزیتی و همچنین بهبود در طراحی آیرودینامیکی و سازه ای پره تا حدودی کاهش داده اند.

برخی مزایا و معایب توربین های عمود محور نسبت به توربین های افقی محور به شرح ذیل می باشد:

• توربین های افقی محور برای جذب حداکثر انرژی از باد می بایست تا آنجا که امکان دارد در جهت باد قرار گیرند، بدین سبب باید راستای روتور توربین همواره در مقابل باد بوده یا دارای حداقل میزان انحراف باشد. این بدان معنی است که ماشین خانه و روتور باید توانایی چرخش حول محور عمودی برج را داشته باشند (فرایند Yaw) تا این امر ممکن شود، اما توربین های بادی عمود محور نیازی به این فرایند ندارند و از همه جهت انرژی باد را جذب می کنند.
• توربین های بادی افقی محور، به باد دارای پتانسیل بالا جهت کارکردن نیاز دارند؛ بنابراین در ارتفاع بالا نصب می گردند. لذا به سه دلیل افقی بودن محور روتور، طول بلندتر پره و کاهش تلفات انتقال انرژی از بالا به پایین، سیستم های مکانیکی و الکتریکی انتقال و تبدیل دور و انرژی در ارتفاع بالا؛ در موقعتی بنام ماشین خانه یا ناسل تعبیه شده اند که شامل شفت اصلی روتور، جعبه دنده و ژنراتور می شوند. این امر طبعاً هزینه نصب و تعمیرات را بالا می برد. بالعکس طراحی توربین های بادی عمود محور به نحوی است که این سیستم انتقال و تبدیل بر روی زمین قرار گرفته، لذا فرایند نصب و تعمیرات آن آسان تر می باشد و هزینه های مرتبط کاهش می یابد.
• توربین های افقی محور به دلیل بلند بودن پره ها و سرعت نوک پره بالاتر، آلودگی صوتی بیشتری تولید می کنند، اما بر عکس توربین های بادی عمود محور آلودگی صوتی کمتری دارند.
• بهره‌وری و ضریب ظرفیت پایین تر توربین های عمود محور نسبت به توربین های افقی محور و عدم امکان استفاده بهینه از توربین های عمود محور در ارتفاع بالا و رنج بالای سرعت باد، از دیگر تفاوتهای مرتبط بین این دو نوع توربین می باشد.
• مشکلات مرتبط درخصوص نصب توربین های عمود محور بر روی برج های بلند نیز وجود دارد، زیرا این توربین ها نیاز به جریان های هوایی آهسته تر با اغتشاش بیشتر و نزدیک زمین را دارند. اما به دلیل اغتشاش جریان زیاد، سازه‌ی این توربین ها در معرض خستگی قرار می گیرد.

نتیجه گیری:

عموماً توربین های بادی عمود محور نوع Savonius برای استفاده در ارتفاع پایین مثلاً درکاربری شهری عملکرد بهتری دارند، از سوی دیگر از توربین عمود محور نوع Darrieus می توان در فضاهای خالی بین توربینی سایت های تجهیز شده با توربین بادی افقی محور استفاده نمود تا از پتانسیل مرده بادهای عبوری از پره های این توربین ها، بصورت بهینه انرژی الکتریکی تولید کرد. شایان ذکر است میزان تولید برق توربینهای بادی افقی محور نسبت به انواع عمود محور بسیار بیشتر بوده و عموماً در سایت های بادخیز از این نوع توربین ها استفاده می گردد. در ایران نیز جهت تولید انرژی الکتریکی بادی، توربین های افقی محور نصب شده است.

تهیه کننده و مترجم:

مهندس حمیدرضا سخنور- مدیرتولید و مهندسی شرکت صبا نیرو سدید

مهندس محمد علی قدس- کارشناس مهندسی شرکت صبا نیرو سدید

منابع:

Impact of urban environment on Savonius wind turbine performance: A numerical perspective

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S096014812030433X?via%3Dihub

https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/304887/3/full.pdf

Vertical turbines could be the future for wind farms

https://www.eurekalert.org/news-releases/650941

Aerodynamic models for Darrieus-type straight-bladed vertical axis wind turbines

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S136403210600164X?via%3Dihub

Vertical Axis Wind Turbine development

https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/395143097660/Extended%20abstract.pdf

Computational aerodynamic optimisation of vertical axis wind turbine blades

https://cronfa.swan.ac.uk/Record/cronfa22343