מבוא

כמו אוכלוסיות עירוניות swell וביקוש לעצימות אנרגיה נקייה, ערים יותר ויותר לחקור מקורות אנרגיה מתחדשת מבוזרים.בין הטכנולוגיות המסוכנות ביותר עדיין לא מובנות הן טורבינות רוח אנכית (VAWTs) בניגוד לעמיתיהם ציר האופקיים המגדלים, VAWTs מתאימים באופן ייחודי לסביבות הרוח המורכבות שנמצאו באזורים הבנויים, לרעש נמוך, ויכולת לפעול ביעילות רבה יותר, כדי לשפר את אזורי הרוח המורכבים, ולעצב את הסביבה המשתנים, ובכך להפוך אותם לערים המשתנים, באופן יעיל יותר, ולאפשרות, לערים תעשייתיים יותר, ולשיפורים, ולשיפורים יותר, לערים רחבים יותר, ולשיפורים יותר, כך, כך, כך, כך, לערים רחב יותר, לערים רחב יותר, כך שהם מתאימים יותר, לערים רחב יותר, לערים רחבים יותר, ולשיפורים יותר, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, לערים תעשייתיים, כך, כך, לערים רחבים יותר, כך שהם מתאימים יותר, כך שהם מתאימים יותר, לערים מורכבות, כך שהם מתאימים לערים רחבים, לערים רחבים יותר, לערים מורכבות, כך שהם יכולים, כך, כך, כך שהם יכולים, כך, כך,

המונחים: Vertical Axis Wind Turbines

טורבינות רוח ציר Vertical מוגדרים על ידי פיר רוטטור מוכוון אנכי שלהם.בעוד טורבינות רוח ציר אופקי (HAWTs) חייב להיות מול הרוח, VAWTs יכול ללכוד אנרגיה מכל כיוון ללא התאמה מכנית.זה הבדל עיצוב בסיסי נותן להם יתרון ייחודי בסביבות עירוני שבו הרוח משתנה כל הזמן בכיוון ופגום על ידי מבנים ותשתיות.

ישנם מספר סוגים עיקריים של VAWTs:

  • (FLT:0) גריינוס טורבינות 1FLT:1 מה שנקרא על שם הממציא הצרפתי ג'ורג' דרריוס, אלה משתמשים להבים מעוקלים כמו פעימת ביציות.הם מסתמכים על כוחות מרים ויכולים להשיג מהירויות סיבוביות גבוהות, מה שהופך אותם יעילים עבור ייצור חשמל.
  • (FLT:0) טורבינות הבדוליוס 1FLT - שנבנה מ- חצי צילינדרים או scoops, אלה פועלים על כוחות גרר.הם מייצרים מהירויות סיבוב נמוכות יותר, אך מציעים מומנט התחלה מעולה והם מאוד אמינים בתנאי דלת הרוח.
  • (FLT:0)H-rotor (או Giromill) טורבינות ⁇ FLT:1 - וריאציות של עיצוב דארריוס באמצעות להבים אנכיים ישר המחובר למגדל מרכזי.תצורה זו מפשטת את הייצור ומאפשרת לתפוקה גדולה יותר של כוח במהירויות רוח בינוניות.
  • (FLT:0) טורבינות ההאליות (Helical טורבנסFLT:1) - עיצוב היברידי שבו להבים מעוותים לאורך ציר אנכי, צמצום הקרע ושיפור החלקות של הפעולה.

לכל סוג יש נקודות חוזק ספציפיות וסחר- offs, אבל כולם חולקים את היתרון העיקרי של הפעלה באופן עצמאי של כיוון הרוח.

היתרונות העיקריים של VAWTs ב הגדרות עירוניות

היתרונות של VAWTs עבור ערים משתרעים הרבה מעבר ללכידת רוח פשוטה.כאשר הם פרוסים בסולם הבניין או המחוז, הם מציעים מגוון של יתרונות מעשיים, סביבתיים וחברתיים.

עיצוב קומפקטי ויציבות חלל

נדל"ן עירונית נמצאת בקרן, ושטח פתוח הוא בקושי. VAWTs ניתן להתקין על גגות, מעל מגרשי חניה, לאורך כבישים מהירים, או כיסים קטנים של אדמה בין מבנים.הכיוון האנכי שלהם הוא לתפוס טביעת רגל קטנה יחסית בהשוואה לאזור הסחף של טורבינת ציר אופקי של קיבולת שווה ערך. רבים עיצובים מודרניים VAWT הם מודולריים, המאפשר יחידות מרובות כדי להיות מקובצים יחד על גג אחד ללא קורת גג אחד עם השני.

לכידת רוח Omnidirectional Wind Capture

בערים, רוח לעתים רחוקות מפוצץ בהתמדה בכיוון אחד.בניות יוצרות זעזוע, מערבות, ואפקטים ערוץ שגורמים לשינויים מהירים במהירות הרוח ובכיוון.ה-HawTs המסורתית מבצעים בצורה גרועה בתנאים כאלה, משום שמנגנוני ה-w שלהם נאבקים לשמור על הרוטב הצביע אל הרוח.

צמצום רעש ויברציה

זיהום רעש הוא דאגה גדולה עבור כל התקנה מכני באזור מאוכלס בצפיפות. VAWTs בדרך כלל לייצר פחות רעש אווירודידי מאשר HAWTs כי הלהב שלהם נעים במהירויות נמוכות יחסית. היעדר תיבת הילוכים בעיצובים רבים ישירות כונן גם מבטל מקור עיקרי של רעש מכני. יתר על כן, התצורה האנכית מפחיתה את השידור של רטט נמוך באמצעות המבנה הזה.

בטיחות לחיות מחמד ואנשים

ציפורים והתנגשות עטלף עם להבים טורבינות רוח הם דאגה סביבתית מודבקת היטב. HAWTs, עם הלהבים המהירים, מסתובבים אופקית, מהווים סיכון משמעותי לחיים העוינים. VAWTs, מצד שני, יש מהירות רוטט רוטט לאט יותר רוטט ונתיב צפוי יותר, מה שהופך אותם לקלים יותר כדי להימנע, בנוסף, את הגובה התחתון של השבר כדי להפחית את השבר לרכיבי בטיחותם פחות בטוח יותר.

אינטגרציה

השפעה חזותית היא לעתים קרובות מחסום לאימוץ טורבינות רוח באזורים עירוניים. טורבינות אופקיות גדולות לשלוט קו הרקיע, ניתן לראות כמו נופים תעשייתיים. VAWTs להלוות עצמם לאינטגרציה ארכיטקטונית יצירתית יותר.שלהם, צורות אנכיות ניתן להסוות כמו אלמנטים בניין, כגון מגדלי ספירלה, מתקנים פיסוליים, או משולבים לתוך הקצוות של גגות.

יתרונות טכניים לתנאי רוח טורבולנטיים

הרוח בערים אינה רק רב-תכליתית, אלא גם מטרידה מאוד, עם תנודות מהירות וכיוון.סביבה זו מציגה אתגרים ייחודיים עבור אווירודינמיקה רוח. VAWTs, במיוחד Darrieus ו- H-rotor, להציג ביצועים טובים יותר בזרימה סוערת בהשוואה ל- HAWTs. השטח הגדול שלהם ויציבות גבוהה (ratio אזור כדי לטאטא) מאפשרים להם במהירות רבה יותר, כי הם לא יכולים להסתמך על התאמות מהירות יותר, כי הם לא יכולים להיות מרוחות מתוחכמות יותר, כי הם יכולים להיות מתפתלים יותר, כי הם יכולים להיות יותר על פני השטח הגדול יותר, כי הם יכולים להיות מתפתלים יותר, כי הם אינם מתפתלים יותר, כי הם יכולים להיות יותר, כי הם יכולים להיות יותר, כי הם יכולים להיות יותר, יותר, כי הם יכולים להיות יותר, יותר, כי הם יכולים להיות מסובכים יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, כי הם יכולים להיות יותר, יותר, יותר, יותר, כי הם יכולים להיות יותר, כי הם יכולים להיות יותר, יותר, יותר, יותר, כי הם יכולים להיות מסובכים על פני השטח הגדול שלהם, כי הם יכולים להיות יותר, כי הם יכולים להיות מסובכים על פני השטח שלהם, כי הם יכולים להיות

מחקרים הראו כי הערכת משאבי הרוח העירוניים לעתים קרובות מזלזלת בפוטנציאל של VAWTs. בעוד הרוח הממוצעת מהירויות בגובה גג עשוי להיות נמוך, אינטנסיביות סוערת יכולה להיות גבוהה, ו VAWTs נועדו במיוחד לרתום את ההפרעה הזאת. בשילוב עם מערכות אחסון אנרגיה מקומיות, VAWTs יכול לספק מקור אמין של חשמל מבוזר עבור תאורה, HVAC, EV או לטעון מבנים.

השפעה כלכלית וסביבתית

ניתוח עלויות-Benefit Analysis

העלות העליונה של רכישת ותקנה VAWT היא בדרך כלל גבוהה יותר לקילואט מאשר HAWT מדורג דומה, כאשר גורם בעלויות איזון של מערכת - כגון היתרה, עבודה בסיסית, חיבור רשת - מתקני WT יכולים להיות יותר כלכלי בהגדרות עירוניות.דרישות הבסיס הפשוטות (לעתים קרובות ממוחזרות ללא מחצני בטון כבדים) ומורכבות מופחתת מכמה של תיקונים מוקדמים יותר, הן דורשות פחות יעילות עבור עלויות תחזוקה קצרות יותר.

התקדמות בייצור, במיוחד השימוש בחומרים מורכבים קלים ו הדפסה תלת-ממדית עבור להבים, היא נוהגת בעלויות.כפי שסולפי הייצור עולים, העלות של אנרגיה (LCOE)GIRLT:1 עבור VAWTs עירוניים צפויים לגשת לשוויון עם PV סולארי במקומות רבים בעיר, במיוחד כאשר בשילוב עם מערכות רוח מבוזרות בנייה.

אנרגיה מתחדשת בסביבה עירונית

מספר מחקרים מדדו את התשואה של האנרגיה בפועל של VAWTs בתנאים עירוניים אמיתיים.חקירה בולטת של אוניברסיטת מערב אנגליה מעקב אחר טורבינות סאבוניוס על גג בבריסטול ומצאו גורמים קיבולת שנתית של 12-15%, בדומה או מעל טורבינות אופקיות קטנות במקומות דומים.ה- ARUP-led "אנרגיה מנצחת בסדנה הבנויה" סיכם כי VAWT יכול לתרום 10-20% מבניין ממוצעים של חשמל ממוצעים, בעוד שמשתנים לא מתאימים לאקלים גדול, בעוד שמשתנים אלה אינם חלק משמעותי.

טביעת רגל פחמן

כל קילווואט-שעה שנוצר על ידי VAWT מתפזר חשמל מהרשת שעשויה לבוא מדלקים מאובנים.על פי ניתוחי מחזור חיים, VAWTs יש תקופת תשלום פחמן של 6-18 חודשים, בהתאם למשאב הרוח ולייצור פליטות.לאחר תפעולי, הם מייצרים פליטות כמעט אפס. בערים שמסתמך גם על גז טבעי לפסגות כוח, VAWTs יכול לעזור להפחית את ההשפעה העירונית על ידי ייצור חשמל מקומי, בנוסף להפחתה של חשמל מבוזר.

אתגרים ושיקולים

עלויות ההתקנה והעליונות

למרות ירידות המחירים, ההשקעה הראשונית עבור מערכת VAWT נותרה גבוהה יותר מאשר אפשרויות מתחדשות קטנות אחרות, כגון השמש גג.העלות של עלייה, חיוט, ושילוב עם בניית מערכות חשמל יכול להוסיף עלות משמעותית.התהליכים לטרנינג עבור טורבינות רוח באזורים עירוניים הם לעתים קרובות מורכבים יותר מאשר השמש, כי תוכניות חייב לשקול רעש, טעינה מבנית, ו flicker מימון עשוי להיות דורש הדגמה עירונית, אשר יכול להיות בטוח כי הוא לא בטוח.

תחזוקה ויציבות

בעוד VAWTs הם בדרך כלל קל יותר לשמור על מאשר HAWTs כי רכיבים הם ברמה הקרקע או גג, הם לא חסינים לכישלון.הנושאים בחוויית רוטטור מוכוונת אנכית של עומסים שונים מאשר אלה בטורבינה אופקית, ובכמה עיצובים הם נוטים עייפות. דביריס, ציפורים, וקרח יכול עדיין לגרום נזק.

הערכה ומעורבות קהילתית

פריסה מוצלחת של VAWTs בערים דורש ניתוח קפדני של אתר אינטרנט.גורמים כגון אפקטים של התעוררות גג, גבהים בנייה שכנים, ודפוסי רוח מקומיים חייב להיות מודל. סימולציות נוזל Computational נוזל (CFD) משמשים יותר ויותר כדי לייעל מיקום טורבינות.שווה חשוב הוא עוסק עם תושבים ובעלי עניין לגבי השפעה חזותית, רעש, וערכי רכוש חייבים להיות מטופלים באמצעות דיאלוג שקוף והטבות של כמה 'מחדש'.

דוגמאות ל-Case Studies and Real-World

כמה ערים ברחבי העולם כבר אימצו VAWTs, המציעות שיעורים חשובים לאימוץ רחב יותר.

  • (FLT:0)Berlin, אנדרל גרמניה: אשכול של Darrieus-type VAWTs מותקנים על גג בניין מסחרי במחוז מיטרנטי מספק כ 15% מהחשמל המשותף של הבניין.הפרויקט היה חלק מתוכנית אנרגיה מתחדשת במימון עיר ומופעל באופן אמין במשך יותר מ -5 שנים.
  • פרויקט "מגדל המנצח" ב-Brooklyn Navy Yard משתמש בפסל ציבורי של VAWT, הוא מאלץ את התאורה לפארק הסמוך ומשמש ככלי חינוכי למבקרים.הפרויקט קיבל פרס קרקע עירונית לחדשנות.
  • (FLT:0)Tokyo,cioFLT:1 - ב צפוף ארוזה שיקו, קבוצה של טורבינות Savonius הותקנה על בניין דירות גבוה כדי להשלים לוחות סולאריים.הטורפות לפעול בשקט ומקובל על ידי תושבים, אשר מעריכים את התרומה ליעדי אפס פליטות הבניין.
  • (FLT:0) לונדון, בריטניה, בריטניהFLT:1 - מערך גג של H-rotor VAWTs בפיתוח צלב המלך מאלץ את מערכת המשאבה של מחוז חימום.התקנה הייתה משולבת בחזית הבניין, מה שמדגים תאימות אסתטית.

דוגמאות אלה מראות כי ניתן לפרוס בהצלחה על פני אקלים שונה, בניית סוגים, וסביבת רגולציה.

מגמות עתידיות וחדשנות טכנולוגית

(העשור הבא צפוי לראות התקדמות משמעותית בטכנולוגיית VAWT, המונעת על ידי חומרים מדע, מערכות בקרה ואופטימיזציה עיצובית.חוקרים חוקרים חוקרים בודקים את השימוש של FLT:0 חומרים חכמים יותרFLT:1 כגון סגסוגת בצורת-זיכרון עבור להבים שיכולים לשפר ביצועים במגוון רחב יותר של מערכות אחסון סולאריות.

מגמה מבטיחה נוספת היא התפתחות האדריכלות של הבניין:0 (בשיתוף בניית טורבינות רוח מקודמת 1), שבו הטורבינות מהווה חלק מהאדריכלות של הבניין ולא תוספת על.לדוגמה, כמה עיצובים חדשים של גורדי שחקים משלבים את VAWTs לתוך הקצוות שלהם, תוך שימוש בצורת הבניין לתעל ולחזק ביצועים טורבינות.

לקריאה נוספת על הביצועים הטכניים של VAWTs, ה-FLT:0.U. Department of Energy's Wind ResourcesFLT:1 מספק סקירה של הטכנולוגיה ופוטנציאל שלה. מחקר מקיף על פריסת אנרגיית הרוח העירונית פורסם על ידי FLT:2 Renewable and Sustainable Energy ReviewsFLT 3:, המציע ניתוח מפורט של תאימות האתר.

מסקנה

טורבינות רוח ציר Vertical הן לא תרופת פלאה לאתגרים עירוניים, אבל הן טכנולוגיה משלימה מאוד לוחות סולאריים ופאנלים מופצות אחרים.היכולת שלהם לפעול ברוח רב-תכליתית עם רעש מינימלי וטביעה קומפקטית הופכת אותם למאוד יקר עבור ערים.כפי שעלויות נמוכות ושיפורים עיצוביים ממשיכים, VAWTs יהפכו להיות יותר קיימא עבור בעלי, תוכניות עירוניות, וקיימות באמת יכול לעבור דרך האוויר שלנו, ולפתח את כל הערים הקטנות, ונו, אנחנו יכולים לרתום, ולפתח את כל הערים שלנו, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, אנחנו יכולים לעבור דרך האוויריות, ומשתנים, כדי לכדי לשפר את כל הערים שלנו, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, כדי לכדי לאפשרות, ומשתנים, באמת, ומשתנים, ומשתנים, דרך האוויריות, ומשתנים, ומשתנים, ומשתנים, כדי לכדי לאפשרות, כדי לכדי לאפשרות, ומשתנים, אנחנו יכולים לעבור את כל הערים שלנו, באמת, ומשתנים, ומשתנים, כדי לכדי לאפשרות גבוהות יותר ויותר, ומשתנים,