بهترین توربین های بادی برای تولید برق

بنا بر پیش بینی سازمان انرژی ایالات متحده آمریکا، این کشور تا سال 2030، 20 درصد از برق موردنیاز خود را با استفاده از توربین های بادی تأمین خواهد کرد. این پیش بینی به محققان انگیزه تحقیق درزمینهٔ بهره وری بیشتر از توربین های بادی با محور عمودی(VAWT) را داد. در این توربین ها، موتور اصلی به صورت عمودی درون برج توربین قرار می گیرد و به همین دلیل نیازی به تنظیم جهت قرارگیری نسبت به جهت وزش باد ندارند. این نکته در مکان هایی که جهت وزش باد، بسیار متغیر است، مانند بالای ساختمان های مسکونی، یک مزیت به شمار می رود. همچنین با توجه به عمودی بودن محور، جعبه دنده و ژنراتور توربین را می توان نزدیک زمین قرارداد که این مسئله نگهداری و تعمیرات این توربین را آسان تر می کند. توربین های بادی با محور عمودی مختلفی ازجمله، توربین های داریوس و ساوونیوس، ساخته شده اند و محققان در تحقیقات خود از توربین نوع داریوس با تیغه های بلند و موتور H استفاده کردند. نتایج بررسی های این محققان نشان داد که توربینVAWT، خوب طراحی شده در برق رسانی به مناطق شهری و حومه ، ازنظر مقرون به صرفه بودن، با نیروگاه های تولید برق رقابت می کند و حتی می تواند مصرف سوخت فسیلی در ساختمان یا شهری را به صفر برساند. این گروه تحقیقاتی برای رسیدن به این نتایج، داده های واقعی سرعت باد را وارد یک شبیه ساز عددی کردند تا بدین ترتیب میزان واقعی انرژی تولیدشده در مدت زمان یک سال عملکرد یک توربین را دریابند. داده های سرعت باد، در سال 2009، با استفاده از بادسنج های صوتی 3 بعدی که روی تیرک های چراغ های راهنمایی و رانندگی با ارتفاع حدود 9 متر نصب شده بود، به دست آمده بودند. این تیرک ها در 9 نقطه مختلف شهری و حومه شهر اوکلاهاما قرار داشتند. محققان 13 نوع متفاوت از توربین های بادی( از نوع محور افقی یا عمودی) را با تمرکز روی چهار پارامتر خاص توربین شبیه سازی کردند: (1) نسبت ارتفاع به قطر، (2)شکل ایرفویل تیغه توربین،(3) و(4) استحکام و ویژگی اینرسی توربین. مهم ترین اندازه گیری استفاده شده برای تشخیص مطلوب ترین طرح توربین، درصد انرژی گرفته شده به وسیله توربین در مدت یک سال، نسبت به مقدار انرژی موجود در وزش باد در همان دوره، بود. از 13 نوع طراحی توربین، مطلوب ترین طرح، توربینی است که کمترین لحظه اینرسی را دارد و جالب اینکه محققان ثابت کردند که حتی با حذف اینرسی دورانی در توربین ها، توربین با محور عمودی مطلوب تر از بقیه توربین ها عمل می کند. محققان همچنین طرح های مختلف توربین ها را در خصوص یکسان سازی هزینه های انرژی، در یک محل آزمایشی بررسی کردند و دریافتند که ویژگی های تیغه، برای صرفه جویی در هزینه های ضروری است. تولید الکتریسیته در این مکان 10 درصد ارزان تر از قیمت متوسط واحد برق کشور است. محققان با بررسی های بیشتر متوجه شدند که توربین های بادی از نوع محور عمودی از هر نظر مطلوب ترین توربین است.