مقارنة بين توربينات الرياح ذات المحور الأفقي والرأسي

بشكل عام تختلف توربينات الرياح من حيث الحجم والتصميم والارتفاع، حيث يُحدث اتجاه المحور سواء كان أفقياً أو رأسياً الفرق الأساسي، ومن الواضح في توربينات الرياح ذات المحور الأفقي أن المروحة العمودية تدور في مواجهة الريح أفقياً، بينما تدور شفرات توربينات الرياح في المحور الرأسي حول محور عمودي يواجه الرياح عمودياً.

نظرة عامة على توربينات الرياح ذات المحور الأفقي والرأسي

من خلال سنوات من الاستغلال أصبح من الواضح أن توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWT) تعمل بشكل جيد في المناطق المفتوحة، في حين أن توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWT) لها قيود أقل بكثير، وبالتالي يمكن تركيبها على قمم التلال وأسطح المنازل في المناطق الحضرية.
وبالنسبة إلى توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWT) يعد اتجاه الرياح مهماً؛ لأن الشفرات تكون أكثر إنتاجية عندما تتدفق الرياح بالزاوية الصحيحة، وبالإضافة إلى ذلك عادة ما يكون لديهم محرك دوران لضبط الشفرات على اتجاه الرياح، وعلى العكس من ذلك فإن توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWT) لا تعتمد بشكل كبير على زاوية الرياح، حيث يمكن أن تعمل بسرعة رياح أقل من سرعة توربينات الرياح ذات المحور الأفقية المتوسطة.

وايضاً تقف توربينات الرياح ذات المحور الرأسي بشكل عمودي أو متعامد على الأرض، وتحول الرياح من 360 درجة حولها، وباعتبارها مناسبة تماماً للمناطق الحضرية يمكن استخدام توربينات الرياح ذات المحور الرأسي في الأماكن ذات الرياح غير المتسقة أو المناطق الريفية المعقدة.
وتعتبر توربينات الرياح ذات المحور الأفقي والرأسي التي تنتج كهرباء أقل من 100 كيلوواط صغيرة، وتُستخدم في الغالب محلياً لتلبية الاحتياجات المنزلية، ومع ذلك هناك بعض تصميمات ذات المحور الأفقي بأكثر من 50 كيلوواط من الإنتاج، والتي أثبتت أنها مربحة بسبب الجمع الجيد بين فعالية التكلفة والوصول إلى العملاء، كما تميل توربينات الرياح الصغيرة أيضا إلى أن تكون أكثر شيوعاً نظراً لأن لديها متطلبات أراضي واستثمارات أقل من تلك الكبيرة، حيث أن توربينات الرياح الصغيرة مناسبة بشكل خاص للمناطق البعيدة وخارج الشبكة، ويمكن توصيلها أو فصلها عن خطوط الكهرباء الوطنية.

وعلى الرغم من هذه الحقائق تبدو توربينات الرياح ذات المحور الرأسي أقل إنتاجية من توربينات الرياح ذات المحور الأفقي نظراً لانخفاض سرعة التشغيل والإنتاجية اللاحقة، ولكنها بالتأكيد ايضاً خيار مثالي للأسرة الفردية مع رياح شديدة الاضطراب.

توربينات الرياح الأفقية المحور (HAWT)

تستخدم توربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWT) طاقة الرياح من خلال ريش موجهة على محور أفقي موازٍ للأرض، وتواجه هذه التوربينات ايضاً الرياح بشكل عمودي بحيث تتحول ريش توربينات الرياح بعد رفع ديناميكي هوائي، كما يسود المحور الأفقي في سوق طاقة الرياح، حيث يسمح تصميم بنائها بالحصول على المزيد من الطاقة من خلال الدوران الكامل للشفرات من حيث تدفق الرياح الثابت، وعلاوة على ذلك فإن توربينات الرياح هذه تقاوم التراجع، وهو أمر مفيد أيضاً في هذا النوع من توليد الطاقة.
وللوصول إلى أقصى قدر من الكفاءة يجب وضع توربينات الرياح ذات المحور الأفقي في اتجاه ومجرى الرياح، وإذا كان اتجاه الرياح متعدد الاستخدامات فقد تنخفض كفاءة توليد الطاقة بشكل كبير في بعض الأحيان، ومع ذلك عادةً ما يتم التخلص من هذا العيب عندما توجد مزرعة توربينات الرياح ذات المحور الأفقي في منطقة محددة بشكل صحيح مع تدفق الرياح المتسق في نفس الاتجاه.
وغالباً تحتوي توربينات الرياح ذات المحور الأفقي الصغيرة على ريشة رياح لتتماشى مع سرعة واتجاه الرياح، بينما تشتمل توربينات الرياح الكبيرة على مقياس انعراج لتصحيح موضع توربينات الرياح للحفاظ على مواءمتها مع تيار الرياح، ومن المهم هنا وجود تدفق هواء ثابت ومستقر عندما يبحث المشغل عن حل فعال من حيث التكلفة.

توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWT)

عادةً ما تدور شفرات توربينات الرياح ذات المحور الرأسي بشكل عمودي على الأرض وحول المحور الرأسي من خلال استخدام تأثيرات السحب والرفع للتشغيل، وعلى الرغم من قلة الشعبية مقارنة بتوربينات الرياح ذات المحور الأفقية يمكن لـ (VAWT) استقبال ومعالجة الرياح من أي اتجاه بحيث تناسب المناطق الحضرية والضواحي ذات الرياح المضطربة وغير المتسقة.
وفي هذا النوع أيضاً يمكن تركيب علبة التروس لتوربينات الرياح وبعض معداتها بالقرب من الأرض، ومن خلال القيام بذلك قد يقلل مستخدمو توربينات الرياح بشكل كبير من نفقات الصيانة التي عادةً ما تكون مرتفعة، والتي جنباً إلى جنب مع البناء الأقل ضوضاء تؤدي إلى زيادة ظروف المعيشة المشتركة، كما تعتبر أيضاً توربينات الرياح ذات المحور الرأسي حساسة جداً للتراجع؛ نظراً لأن الشفرات تدور على طول اتجاه الرياح بينما تحتاج إلى العودة إلى تيار الرياح قبل أن يتم دفعها للخلف.