¿Por qué las turbinas eólicas son verticales en lugar de horizontales?
Las diferencias entre aerogeneradores de eje horizontal y vertical se encuentran en los siguientes aspectos:
1. Método de diseño
El diseño de las palas de los aerogeneradores de eje horizontal. La teoría del elemento de momento-hoja se usa comúnmente y los métodos principales incluyen el método de Glauert, el método de Wilson, etc. Sin embargo, debido a que la teoría de elementos de pala ignora la interferencia de flujo entre cada elemento de pala, y al mismo tiempo ignora la resistencia del perfil aerodinámico cuando se diseñan palas usando la teoría de elementos de pala, esta simplificación conduce inevitablemente a inexactitud en los resultados. Esta simplificación tiene poco impacto. en el diseño de la forma de la pala, pero tiene un mayor impacto en la tasa de utilización de la energía eólica de la rueda eólica. Al mismo tiempo, la interferencia entre las palas de la rueda eólica también es muy fuerte y todo el flujo es muy complejo. Es imposible obtener resultados precisos basándose únicamente en la teoría de los elementos de las palas.
El diseño de las palas de las turbinas eólicas de eje vertical solía basarse en el método de diseño del eje horizontal y se basaba en la teoría de los elementos de las palas. Dado que el flujo de la turbina eólica de eje vertical es más complejo que el del eje horizontal, es un flujo inestable típico de gran separación y no es adecuado para el análisis y diseño utilizando la teoría de elementos de pala. Esta es también una razón importante por la que se utiliza el eje vertical. La turbina eólica no se ha desarrollado durante mucho tiempo.
2. Tasa de utilización de la energía eólica
La tasa de utilización de la energía eólica de las grandes turbinas eólicas de eje horizontal la calcula principalmente el diseñador de las palas y generalmente es superior al 40%. Como se mencionó anteriormente, debido a fallas en el método de diseño en sí, la precisión de la utilización de la energía eólica calculada de esta manera es muy cuestionable. Por supuesto, las turbinas eólicas en las plantas de energía eólica dibujarán curvas de energía eólica basadas en la velocidad del viento medida y la potencia de salida. Sin embargo, la velocidad del viento en este momento es la velocidad del viento medida por el anemómetro en la parte trasera de la rueda de viento. que la velocidad del viento entrante y la potencia del viento. La curva es demasiado alta y debe corregirse. Después de aplicar el método de corrección, la tasa de utilización de energía eólica del eje horizontal se reducirá entre un 30% y un 50%. Con respecto a la tasa de utilización de la energía eólica de pequeñas turbinas eólicas de eje horizontal, el Centro de Investigación y Desarrollo Aerodinámico de China ha realizado experimentos relevantes en túneles de viento, y la tasa de utilización medida está entre el 23% y el 29%.
3. Características estructurales
Durante una revolución, las palas del aerogenerador de eje horizontal se ven afectadas por los efectos combinados de la fuerza de inercia y la gravedad. La dirección de la fuerza de inercia cambia a. En cualquier momento, la dirección de la gravedad permanece sin cambios, por lo que la pala está sometida a una carga alterna, lo que es muy perjudicial para la resistencia a la fatiga de la pala. Además, los generadores de eje horizontal están colocados a una altitud de decenas de metros, lo que genera muchos inconvenientes para la instalación, mantenimiento e inspección de los generadores.
Las palas del aerogenerador de eje vertical se esfuerzan mucho más durante la rotación que las del eje horizontal. Dado que la dirección de la fuerza de inercia y la gravedad siempre permanece sin cambios, las palas están sometidas a una carga constante. La vida de fatiga es más larga que la de los rotores eólicos de eje horizontal. Al mismo tiempo, el generador de eje vertical se puede colocar debajo de la rueda eólica o en el suelo para una fácil instalación y mantenimiento.
4. Velocidad inicial del viento
Es bien sabido que las turbinas eólicas de eje horizontal tienen un buen rendimiento inicial. Sin embargo, según la investigación del Centro de Investigación y Desarrollo Aerodinámico de China sobre viento de eje horizontal pequeño. turbinas, Según experimentos en túneles de viento, la velocidad del viento inicial es generalmente entre 4 y 5 m/s, y el máximo alcanza 5,9 m/s. Este rendimiento inicial es obviamente insatisfactorio. El bajo rendimiento de arranque de las turbinas eólicas de eje vertical también es de conocimiento común en la industria. Especialmente para las turbinas eólicas tipo Darrieus Ф, no existe ninguna capacidad de arranque automático, lo que también es una razón que limita la aplicación de las turbinas eólicas de eje vertical. . Sin embargo, para la rueda de viento en forma de H tipo Darrieus, se llega a la conclusión opuesta. Según la investigación del autor, siempre que el perfil aerodinámico y el ángulo de instalación se seleccionen adecuadamente, se puede obtener un rendimiento inicial bastante bueno. A juzgar por los experimentos en túneles, la velocidad del viento inicial de este rotor eólico en forma de H tipo Darrieus solo necesita 2 m/s. , que es mejor que la turbina eólica de eje horizontal mencionada anteriormente.