توربین‌های عمود محور

توربین­‌های عمود محور در کنار هم بهتر کار می کنند

فرقی نمی‌کند روی خشکی یا توی دریا، توربین‌های بادی یک مشکل دارند و آن هم اثر ۱wake است که باعث کم شدن بازدهی توربین‌های محور افقی می شود. در حالی که توربین­‌های عمود محور بازده بهتری دارند.

توربین‌های محور افقی بازدهی در حدود ۵۰ درصد دارند، در صورتی که این بازدهی برای توربین دوم که پشت توربین اول قرار گرفته می تواند تا ۴۰ درصد کاهش پیدا کند. همچنین برای جلوگیری از آشفتگی هوا (turbulence) توربین‌ها باید در فاصله سه کیلومتری از یکدیگر قرار گیرند. این نوع ساختار و وجود فاصله‌ی زیاد باعث ایجاد مزرعه‌های فوق العاده بزرگ می‌شوند.

Iakovos Tzanakis پروفسور دانشگاه بروکس اکسفورد (Oxford Brookes University) می گوید:” گفتن اینکه بله ما اثر wake داریم و هیچ کاری هم درباره ی آن نمی توانیم انجام بدهیم راه مناسبی برای روبه­رو شدن با این مشکل نمی‌­باشد.” Tzanakis و دانشجویش Joachim Toftegaard Hansen می‌دانند که باید راه بهتری نیز وجود داشته باشد. پس آن‌ها شروع به مطالعه روی توربین‌های عمود محور به عنوان یک جایگزین کرده‌اند.

توربین‌های عمود محور با تیغه‌های عمود بر زمین که به دور برج می‌چرخند (همانند سبک چرخ و فلک)، به تنهایی انرژی باد را به گونه ی متفاوتی نسبت به توربین های افقی دریافت می‌کند اما از آن‌ها کارامدتر نیست. یک توربین عمود محور دارای بازدهی در حدود ۳۵ تا ۴۰ درصد می‌باشد. (در حالی پژوهشگران اطمینان دارند که در آینده نزدیک این عدد به حدود ۵۰ درصد افزایش پیدا خواهد کرد) اما Tzanakis و Hansen در مقاله ای که در سال ۲۰۲۱ چاپ کرده اند نشان داده اند که هنگامی که این توربین ها با یکدیگر کار می کنند و به صورت مناسب در کنار هم قرار گرفته باشند، این قابلیت را پیدا می‌کنند دارند که از توربین‌های افقی نیز پیشی بگیرند.

افزایش بازدهی

Tzanakis و Hansen حدود ۱۱,۵۰۰ ساعت شبیه سازی کامپیوتری را برای ۳۰ مدل مختلف اجرا کرده‌اند. آن ها متوجه شدند بهترین حالت حالتی است که توربین‌ها قطری برابر سه متر داشته باشند و پره هایشان با یکدیگر زاویه ۶۰ درجه بسازند. این ساختار بازدهی توربین‌ها را ۱۵ درصد افزایش می دهد. همچنین این ساختار باعث می شود که توربین ها بتوانند در فاصله ی کمتری از یکدیگر قرار گیرند و به مزرعه‌های باد کوچکتری نسبت به توربین های افقی نیاز داشته باشند.

Tzanakis می گوید:” آن‌ها هوا را می‌مکند و بعد آن را می‌دمند”

همچنین توربین‌های عمود محور به دلیل ساختارشان، کمتر هوا عبوری را آشفته می‌کنند. Tzanakis این بازی با باد را به فوتبال تشبیه می‌کند و می‌گوید:” انگار آن ها دارند باد را بین خودشان پاس کاری می‌کنند و به گونه­ای در کنار هم با نظم کار می کنند و باعث می‌شوند ما این بازدهی کلی بالا را داشته باشیم.”

۱: اثر wake: اثری است که توربین ها روی سرعت باد می‌گذارند. این اثر یکی از دلایل مهم کاهش بازدهی مزرعه­‌های باد است.

منبع:

www.asme.org