V týchto sekciách sprístupňujeme verejnosti niektoré výskumy, postupy a výpočty.
Teória wavt turbíny Darrieus (Wertical Axis Wind Turbine).
Vzhľadom k tomu že na internete je len nedostatočne, chybne, alebo nepresne vysvetlené, ako Darrierus veterné turbíny fungujú, urobil sa podrobný rozbor.
Obrázok znázorňuje lopatky Darrieus turbíny z pohľadu z hora.
Červenou farbou je znázornená rýchlosť vetra v1. Následne je vďaka sklonu nábežné plochy lopatky tok vzduchu vychýlený a znázorňuje ho rýchlosť v2 fialovej farby.
.png)
V skutočnosti sú však lopatky uchytené pohyblivo a časť energie vzduchu je premenená na pohyb lopatky.
Hlavný pohon turbíny teda vytvára sklon lopatiek.
Z nákresu je zrejmé, že hlavnú pohybovú silu turbíny vytvára šikmá plocha na oboch stranách lopatky. Je preto žiaduce aby táto plocha bola čo najväčšia, rovná a obojstranne súmerná.
Do procesu však vstupujú aj iné premenné. Je to napríklad trenie z obtekajúceho vzduchu. Na pravej strane obrázku je vidieť miesto kde trenie spôsobuje pohon turbíny, ale na opačnej strane trenie spôsobuje spomalenie a tak sa energie takmer vyrovnávajú.
Nábežná hrana by mala byť čo najkratšia aby nevznikalo opačné pôsobenie síl. Ale zároveň je žiaduce aby nevytvárala vysoký odpor vzduchu.
Najúčinnejšie je pôsobenie sily keď sú lopatky kolmo na smer vetra. Účinnosť však bude vždy nižšia ako pri HAWT turbíne. (Horizontal Axis Wind Turbine) Pri ktorej je lopatka natočená vždy správnym smerom a jej hrúbka je limitovaná len pevnosťou materiálu.
V niektorej literatúre sa však stretneme s nesprávnymi nákresmi, ktoré pramenia z nepochopenia princípu fungovania turbíny Darrieus.
Na ďalšom obrázku vidíme nákres, kde si návrhár poplietol princíp fungovania lopatky rotora Darrieus s krídlom lietadla. Uniklo mu, že lopatka je uchytená v jeho nákrese kolmo na smer vetra a teda nemôže vyvíjať žiadnu silu, ktorá by poháňala turbínu. V jeho prípade lopatka vyvíja turbínu smerom od rotora ale my potrebujeme rotorom točiť, nie ho zdvíhať, rsp posúvať do boku.
Avšak aj jeho lopatka by fungovala, aj keď zo zníženou účinnosťou. Účinok na pohon turbíny je rovnaký ako na prvom nákrese. Na lopatku pôsobí tlak vzduchu z vrchu a keď je v dolnej pozícií tak z opačnej strany. V oboch prípadoch jej sklon zabezpečí pohyb lopatky. Avšak vrchná časť lopatky je klenutá tak, že poskytuje len krátku plochu, ktorá zabezpečuje zmenu toku vzduchu v správnom smere.
Efektivitu turbín vidieť na diagrame.
Po vysvetlení fungovania Darrieus turbíny je zrejmé že nie je možné efektivitu vrtuľovej turbíny prekonať.
Riešenie:
Doterajšie nevýhody vrtuľových turbín je preto neefektívne riešiť používaním menej efektívnych riešení.
Niektoré nevýhody sa dajú riešiť rôznymi spôsobmi. Napríklad:
- Zmena uhla vrtuľových listov a ich hustejšie obsadenie zníži rýchlosť rotácie a nebude tak devastačná na vtáctvo
- Umiestnenie väčšieho počtu menších turbín odstráni problém s rozmermi inštalácie hlavne na súkromných pozemkoch a budovách
- Využitie regulácie sklonu lopatiek zabráni prekročeniu dovolenej rýchlosti
- Sofistikovanejší spôsob riadenia výkonu alternátorov v kombinácii s reguláciou sklonu lopatiek zvýši ich efektívnu záťaž pri silných vetroch
- použitie nových materiálov zníži váhu a zvýši efektivitu
- senzorové výstražné znamenia pre vtáctvo
Je mnoho vylepšení kde sa dá ešte posúvať hranica efektivity a využiteľnosti.
Wavt turbíny je však stále vhodné používať pri menších rýchlostiach vetra, teda na miestach, kde je celý rok slabší vietor. V tomto prípade je možné umiestniť viacej menších turbín aby pokryli väčší priestor.
Vypracoval: Bc. Ladislav Ides
Zverejnené dňa: 2.2.2020
Do procesu však vstupujú aj iné premenné. Je to napríklad trenie z obtekajúceho vzduchu. Na pravej strane obrázku je vidieť miesto kde trenie spôsobuje pohon turbíny, ale na opačnej strane trenie spôsobuje spomalenie a tak sa energie takmer vyrovnávajú.