Tìm hiểu sự khác biệt giữa tuabin gió đứng và ngang là gì?

Các tuabin gió nằm ngang chiếm ưu thế trong cảnh quan, nhưng bạn có biết rằng cũng có các tuabin gió thẳng đứng không? Bạn không thấy chúng thường xuyên, bởi vì chúng không được sử dụng ở quy mô công nghiệp như tuabin trục ngang. Tuy nhiên, tuabin thẳng đứng vẫn có những ưu điểm của chúng, chúng ta sẽ đi sâu hơn trong bài viết này. Nhưng chính xác thì điều gì khác nhau giữa các tuabin gió ngang và dọc?

Nói tóm lại, thứ thực sự phân loại tuabin ngang và tuabin thẳng đứng là hướng của chúng so với gió. Tuabin nằm ngang quay trên một trục song song với hướng gió, trong khi tuabin thẳng đứng hướng vuông góc với hướng gió.

Tuabin gió ngang

Tuabin gió truy cập ngang, hoặc HAWT, là những gì bạn nghĩ đến khi nghĩ về một tuabin gió. Chúng tạo nên phần lớn các tua-bin cỡ công nghiệp và có thể được xác định bằng thiết kế giống như cánh quạt của chúng. Chúng thường có ba lưỡi, mặc dù một số có hai hoặc thậm chí chỉ một. Hiện nay, tuabin ngang là loại tuabin hiệu quả nhất, do đó chúng được sử dụng trong các trang trại điện gió quy mô lớn.

Tua bin nằm ngang sử dụng lực nâng để quay và tạo ra công suất. Các cánh quạt có hình dạng giống như những cánh máy bay, tương tự như cánh của máy bay. Gió đập vào các cánh quạt và tạo ra sự chênh lệch áp suất làm quay cánh quạt và tạo ra điện.

Máy phát điện và hộp số được đặt ngay sau rotor trong ống trục. Mặt phẳng cánh quạt phải duy trì một góc 180 độ với hướng gió để duy trì hiệu suất tối đa, và do đó, các HAWT được trang bị một cánh gió và hệ thống cánh quạt để giữ cho tuabin hướng về đúng hướng.

Tua bin gió thẳng đứng

Các tuabin gió tiếp cận thẳng đứng, hoặc VAWT, có thể nhận dạng được bằng thiết kế giống như máy đánh trứng khi chúng quay quanh trục thẳng đứng. Giống như tuabin nằm ngang, chúng có hộp số và máy phát điện, mặc dù chúng được đặt ở mặt đất ở chân tuabin.

Mặc dù tuabin ngang đã trở thành tiêu chuẩn, nhưng chiếc cối xay gió đầu tiên được ghi nhận thực sự là một tuabin thẳng đứng. Tua bin thẳng đứng thường được sử dụng ở quy mô nhỏ hơn HAWT, thường được sử dụng để cung cấp năng lượng bổ sung cho các tòa nhà, nhà cửa hoặc tàu thuyền.

Mặc dù có một số VAWT được sử dụng cho năng lượng gió quy mô công nghiệp, nhưng chúng rất ít và xa. Tuabin thẳng đứng là loại đa hướng và có thể tạo ra năng lượng bất kể gió thổi theo hướng nào.

Có hai loại VAWT: Tua bin Darrieus và Savonius. Một cách dễ dàng để ghi nhớ sự khác biệt là tuabin Darrieus là tuabin kiểu nâng, trong khi tuabin Savonius là tuabin kiểu kéo. Mặc dù cả hai có thể trông giống nhau, nhưng chúng thực sự rất khác nhau về cách chúng hoạt động và tạo ra điện.

Tuabin Darrieus

Các tuabin Darrieus sử dụng lực nâng để tạo ra điện. Giống như HAWT, chúng có các lưỡi có hình dạng giống như những chiếc tàu bay. Các cánh của tuabin Darrieus được kết nối với một trục trung tâm quay theo chiều gió. Một số chúng có các cánh cong nối ở đầu và cuối trục, trong khi những tuabin khác có các cánh thẳng nối ở tâm. Một số thậm chí còn có thiết kế xoắn kép, nơi các cánh cong quanh trục trung tâm.

Tuabin Darrieus thường được sử dụng ở quy mô nhỏ, như trên các mái nhà hoặc bãi đậu xe để tạo ra điện bổ sung. Một số được sử dụng ở quy mô công nghiệp, mặc dù chúng không phải là thiết kế ưa thích vì chúng không hiệu quả và bị bất ổn về cấu trúc ở kích thước lớn. Các tuabin Darrieus lớn thường cần dây dẫn để duy trì sự ổn định. Tuabin Darrieus lớn nhất được đánh giá là 4MW, Nó nằm ở Quebec và được đặt tên trìu mến là Éole.

Tuabin Savonius

Tuabin Savonius có bề ngoài tương tự như tuabin Darrieus, nhưng chúng sử dụng lực cản để tạo ra điện thay vì lực nâng. Chúng có thể được xác định bằng cách sử dụng muỗng thay vì lưỡi, được gắn vào một trục trung tâm. Sử dụng lực cản để cung cấp năng lượng kém hiệu quả hơn nhiều, nhưng tuabin Savonius có rất nhiều ứng dụng thực tế.

Tuabin Savonius rẻ và dễ bảo trì, và thường được sử dụng cho các ứng dụng năng lượng thấp ở các địa điểm xa xôi. Các biển sâu, tháp thông tin liên lạc hoặc máy bơm nước đều có thể sử dụng tuabin Savonius để cung cấp năng lượng. Độ tin cậy và tính đơn giản của chúng cũng làm cho chúng hữu ích như một máy đo gió. Các tuabin nằm ngang thường sử dụng các tuabin Savonius nhỏ làm thiết bị đo gió để đo tốc độ gió, thường được gắn vào đỉnh của nanô.

Có gì khác biệt giữa tuabi ngang và đứng?

Mặc dù sự khác biệt giữa tuabin ngang và tuabin thẳng đứng có vẻ rõ ràng đối với một số người, nhưng chúng khác nhau về nhiều mặt chứ không chỉ là vẻ bề ngoài. Sự tương phản giữa hai loại tạo ra sự khác biệt lớn về chức năng và quyết định vị trí và cách thức sử dụng mỗi tuabin.

Tốc độ gió

Các tuabin nằm ngang phù hợp hơn để thu được gió chất lượng cao bền vững. Chúng được đặt trên cao trên các tháp lớn để đón gió mạnh hơn ở độ cao lớn hơn. Vì chúng phải quay để đối mặt với gió, các tuabin nằm ngang không hoạt động tốt trong gió giật với hướng gió thay đổi.

Mặt khác, tuabin thẳng đứng là loại đa hướng, vì vậy chúng hiệu quả hơn HAWT khi gặp thời tiết gió mạnh, nơi có gió thổi từ mọi hướng. Điều đó làm cho chúng được trang bị tốt để tạo ra điện ở các khu vực đô thị, nơi các tòa nhà và công trình cao tầng tạo ra các mô hình gió thay đổi.

Thiết kế cánh quạt

2 loại cũng khác nhau về thiết kế cánh quạt. Trong khi cả tuabin ngang và tuabin thẳng đứng kiểu Darrieus đều tạo ra lực nâng, sự khác biệt về trục quay của chúng có nghĩa là các cánh quạt hoạt động khác nhau. Mặt phẳng rotor của tuabin nằm ngang ở góc 180 độ so với luồng gió, do đó tốc độ và góc của gió thay đổi dọc theo chiều dài của cánh quạt.

Để giải thích hiện tượng này, cánh quạt phải được chế tạo khí động học với các bước xoắn và quay để tối đa hóa hiệu quả. Các cánh trên tuabin gió thẳng đứng có tốc độ không khí đồng đều dọc theo chiều dài của cánh, cũng như cùng một góc tấn, vì vậy chúng có thể đơn giản hơn nhiều về mặt thiết kế. Các cánh trên tuabin Darrieus có thể là các cánh đơn giản và không cần bổ sung phức tạp để nâng cao tính khí động học.

Dễ bảo trì

Tuabin ngang và tuabin thẳng đứng cũng khác nhau về nơi đặt các bộ phận cơ khí trên tuabin. Các tuabin nằm ngang giữ cho tất cả các bộ phận làm việc của chúng ở trên cao trên đỉnh tháp. Điều này làm cho việc bảo trì khó khăn hơn do công nhân phải mở rộng quy mô tháp để giải quyết các vấn đề cơ khí. Các bộ phận làm việc của tuabin thẳng đứng đều được lắp ở chân đế, sát mặt đất, giúp việc sửa chữa dễ dàng và ít nguy hiểm hơn.

Hiệu quả

Thực tế đơn giản về hiệu quả là một trong những khác biệt lớn nhất giữa hai loại. Các tuabin Savonius nói riêng bị hạn chế bởi việc sử dụng lực cản của chúng. Khi một bên của tuabin được đẩy bởi gió, thì bên kia sẽ bị đẩy vào gió thổi tới, gây tốn điện năng có giá trị. Điều này có nghĩa là tuabin Savonius mất hiệu suất trong suốt một nửa vòng quay của chúng.

Trong khi các tuabin nằm ngang hiệu quả hơn, một số kỹ sư nói rằng đó là do thực tế đơn giản là nhiều nghiên cứu đã được dành riêng để hoàn thiện các tuabin nằm ngang. Các tuabin Darrieus, được dẫn động bằng lực nâng, có tiềm năng hoạt động hiệu quả như các tuabin nằm ngang với thiết kế phù hợp.

Những trở ngại lớn đối với tuabin Darrieus là các vấn đề về cấu trúc xuất phát từ việc thay đổi tải liên tục và cánh quạt ở góc tối ưu so với gió trong một khoảng thời gian ngắn. Các tuabin nằm ngang ổn định hơn và các cánh quạt luôn ở góc tốt nhất có thể để chiết xuất năng lượng của gió. Các kỹ sư đã cố gắng khắc phục điều này bằng cách sửa đổi thiết kế của tuabin Darrieus, nhưng những thiết kế này làm tăng thêm độ phức tạp và chi phí.

Phần kết luận

Tua bin nằm ngang là loại tuabin gió phổ biến nhất, mặc dù tuabin thẳng đứng cũng có vị trí của chúng. Nhiều người thắc mắc tại sao tuabin thẳng đứng không phổ biến như vậy và câu trả lời nằm ở hiệu quả của chúng. Đơn giản là chúng không tạo ra nhiều năng lượng như tuabin nằm ngang, mặc dù điều đó có thể là do có ít nguồn lực dành riêng cho việc nghiên cứu các thiết kế mới hơn và tốt hơn.

Các kỹ sư đã tìm cách cải tiến tuabin thẳng đứng, nhưng tuabin ngang vẫn chiếm vị trí tối cao. Tua bin thẳng đứng có những ưu điểm của chúng, đặc biệt là trong môi trường đô thị. Vị trí của chúng gần với mặt đất cũng giúp chúng dễ bảo trì hơn. Các tuabin thẳng đứng cũng hoạt động tốt trong điều kiện gió bất thường và chúng không cần quay để đối mặt với gió. Mặc dù có những ưu điểm, nhưng có vẻ như chúng ta sẽ bị đánh bại với tuabin ngang trong nhiều thập kỷ tới, cho đến khi tuabin không cánh được hoàn thiện.

Các câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa tuabin ngang và tuabin dọc là gì?

Tua bin nằm ngang quay trên trục song song với gió, còn tua bin thẳng đứng quay trên trục vuông góc với gió.

Hai loại tuabin thẳng đứng là gì?

Tua bin Darrieus – được gọi là tuabin kiểu nâng và tuabin Savonius – được gọi là tuabin kiểu kéo.

Tại sao tuabin ngang hiệu quả hơn tuabin dọc?

Các cánh của tuabin nằm ngang luôn ở một góc tối ưu so với gió. Nó cũng đã có nhiều nguồn lực hơn được phân bổ để hoàn thiện thiết kế của họ.

Tuabin thẳng đứng tốt cho điều gì?

Tua bin thẳng đứng được sử dụng tốt nhất để tạo ra điện trong môi trường đô thị nơi tốc độ và hướng gió thay đổi rất nhiều. Tuabin Savonius cũng rất tuyệt vời để sản xuất điện ở các vùng sâu vùng xa, vì chúng cần ít bảo trì.