农村社区纵向轴心风涡的效益

垂直轴风涡轮(VAWTs)代表着一种特别适合农村社区的风能发电变革性方法。虽然更常见的横向轴风涡轮(HAWTs)主导着大型风力农场,但VAWT在土地有限、风力模式变化多变、社区规模能源独立成为目标的环境中却提供了显著优势。本条探讨了VAWTs在为农村地区提供可持续动力方面的设计、利益、挑战以及日益增强的作用。

理解垂直轴风涡轮

垂直轴风涡轮是风力涡轮机的一种,主转轴垂直向地面运行。与必须朝风方向行驶的HAWT不同,VAWT可以从任何方向捕捉风力,而无需黄道机制。两种主要设计类型是使用弯曲或直线叶片并通过升降力运行的Darrieus涡轮机和使用勺子和依靠拖力的Savonius涡轮机。两种设计都具有相同的特性,即发电机和变速箱位于地面附近,简化了维护和安装。

与同等容量的HAWT相比,VAWT一般更为紧凑,塔高较短,旋转速度较低,使得其视觉侵入性较小——这是农村和农业景观中的一个关键考虑,根据美国能源部[,VAWT对分布式风力应用特别有希望,涡轮机安装在接近能源使用点的地方.

农村社区的主要优势

安装和维修费用减少

由于VAWT将大部分机械部件置于地面,安装不需要重型起重机或专业的高空劳动力。这极大地降低了农村社区的前期成本,因为预算常常受到限制。维护也更为简单:技术人员可以进入发电机、变速箱和控制系统,而无需缩放塔。这降低了长期运行成本,并使得当地的农场或村庄工作人员能够进行例行检查。

直向风捕捉

农村地区经常会因地形、树线或建筑群的不同而发生动荡、变化的风。 HAWT需要复杂的黄道驱动来跟踪风向,增加复杂度和故障点。 VAWT设计时,从任何角度接受风而不调整方向。这种内在的全向性改善了不稳定风力的能量捕捉,减少了机械磨损。

压缩脚印和空间效率

相对其被扫荡地区而言,VAWT所占的地面面积较少,它们可以放在更近的地方,而不会发生严重的气流引起的电力损失,从而能够在小块土地上增加密集的阵列。对于面积有限的农民来说,单一VAWT可以产生大量电力,而不会消耗本来可用于作物或放牧的宝贵土地。这种空间效率比分散的HAWT农场具有重大优势。

静音操作

风力涡轮机产生的噪音是社区共同关注的问题。 VAWT型机车,特别是萨沃尼乌斯型机车,运行的旋转速度较低,与HAWT的叶片尖涡流相比,产生的空气动力噪声较少。对于靠近涡轮机的农村家庭、学校或小企业来说,噪音足迹减少会提高可生存性和社区的接受程度。

重复性和可靠性

由于受高风和重力负荷影响移动部件较少,VAWT在恶劣的农村环境中可以更坚固,它们的垂直方向意味着叶片较不易因引力弯曲时刻而疲劳——HAWT大片叶片的已知问题. VAWT的许多设计还包括了更简单,更可靠的超速防护机制,降低了风暴期间灾难性故障的风险.

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能源独立和节约成本

农村地区由于输电损失和人口密度降低而往往面临更高的电费。能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、能源、

本地创造就业

尽管VAWT的安装更为简单,但它们仍然需要现场评估、安装和持续维护。这些需要创造了社区内部的熟练和半熟练的工作。当地的技术人员、电工和工程师可以发展小型风力技术方面的专业知识,建立一支支持未来可再生项目的劳动力队伍。

挑战和考虑

高风效率较低

虽然VAWT在动荡和低温风速方面表现优异,但其最高效率 — — 以功率系数衡量 — — 通常低于高稳风条件下的大HAWT。这意味着对于强度持续强的拉米风场,位于良好位置的HAWT可能会在装机容量单位内产生更多的能量。然而,对于平均风速低于7-8米/秒的大多数农村场,VAWT往往具有竞争力。

场地评估和选址

成功部署VAWT需要仔细的风力资源评估. 社区成员应该进行长期的气压计测量或依靠有信誉的风力图. 涡轮布置还必须考虑造成波动的障碍,如谷仓,仓仓,或茂密的树线. 不当的坐姿会导致性能差和经济失望. 美国能源部的风力交换为小风场评估提供了指导.

社区认识和接受

某些居民可能不熟悉瓦斯湾和西南地区,怀疑其好处。外联方案、示范项目和与农业推广办公室的伙伴关系可以有所帮助。重要的是,要提出现实的能源生产估计,让社区成员参与规划过程。有关预期噪音、视觉影响和经济回报的透明沟通可以建立信任,并顺利通过。

网格整合和允许

将WAWT与当地电网连接需要遵守电网互联标准,在许多农村地区,电网基础设施已经过时,需要升级以适应分布式发电,许可可能是一个太分界线的法律、高度限制和为HAWT设计的挫折要求,可能需要重新审视WAWT设施,在项目初期与地方当局合作有助于清除这些障碍。

现实世界实例和案例研究

中西部的小农场

爱荷华州和明尼苏达州的一些农场安装了5–10千瓦的VAWT来抵消灌溉泵和谷物干燥机的电力。明尼苏达大学扩展校区的报告显示,这些与净计量配套的涡轮机每年将农场电费减少30–40 % 。农民们以安装方便和维护低为关键原因选择VAWT而不是更大的HAWT。

阿拉斯加的偏远村庄

在以柴油发电机为主要动力源的阿拉斯加农村社区,VAWT作为混合型微电网的一部分进行了部署,涡轮机在强风和寒冷气候中运行的能力——这是对HAWT的挑战——使它们成为太阳能和电池储存的宝贵补充,DOE的阿拉斯加风倡议记录了使用VAWTs的村庄大量节省柴油。