TIPOLOGIE DI TURBINE VAWT
DARRIEUS
(Tipologie
di turbine Darrieus).
La turbina Darrieus e' stata progettata dall'ingegnere aeronautico francese Georges Jean Marie Darrieus ed e' stata da lui realizzata nel 1931. Essa rappresenta il punto di partenza di tutte le altre tipologie di turbine ad asse verticale.
I vantaggi di queste macchine eoliche, la cui geometria risulta essere decisamente diversa da quella delle turbine HAWT, sono da attribuire principalmente alla loro capacita' di assorbire meglio i venti turbolenti.
Gli svantaggi sono:
coefficiente di potenza piu' basso rispetto alle turbine ad asse orizzontale;
presenza di complicazioni meccaniche, che inducono ad un sovradimensionamento della macchina eolica;
maggiore manutenzione rispetto alle turbine HAWT;
costi maggiori rispetto alle turbine HAWT, a parita' di kWh prodotti;
difficolta' all'avviamento della turbina, tanto da richiedere talvolta l'intervento della rete per far partire il generatore.
La potenza di una turbina Darrieus e' data dalla relazione:
dove:
ρ e' la densità dell'aria, espressa in (Kg/m3);
H e' l'altezza della turbina dal mozzo, espressa in (m);
D e' il diametro massimo delle pale della turbina, espresso in (m);
v e' la velocita' del vento, espressa in (m/s);
Cp e' il coefficiente di potenza della turbina, adimensionale.
SAVONIUS
Fig.1
Fig.2
Fig.1 Turbina Savonius a resistenza.
Fig.2 Schema di funzionamento di una turbina Savonius.
La turbina Savonius e' stata inventata dall'ingegnere finlandese Sigurd Johannes Savonius nel 1922 ed e' la piu' semplice turbina tra quelle ad asse verticale.
La versione piu' elementare di questo tipo di turbina si compone di due semicilindri fissati ad un albero centrale e montati in opposizione; questi elementi, per la loro disposizione, riescono a far fluire l'aria di spinta anche nella parte della turbina posizionata controvento.
In una turbina Savonius, il moto di rotazione del rotore e' mantenuto grazie alla differenza di resistenza (attrito) offerta al vento dalle superfici verticali, disposte simmetricamente rispetto all'asse; il coefficiente di resistenza e' maggiore quando la parte concava è rivolta verso il vento.
Le turbine Savonius possono essere costituite anche da piu' semigusci; tuttavia, una loro analisi ha dimostrato che la configurazione geometrica migliore, ossia quella capace di fornire il massimo valore del coefficiente di potenza Cp, e' la turbina composta solo da due semigusci e con una altezza del rotore pari al doppio del suo diametro.
I vantaggi delle turbine Savonius si possono riassumere in:
ingombro ridotto;
poco rumore;
basso impatto estetico;
scarsa resistenza opposta al controvento;
richiesta di poco vento per l'avvio.
La potenza immessa in rete da questo tipo di turbina e' data dalla relazione:
GORLOV
La turbina Gorlov e' stata inventata dall'ingegnere meccanico russo Alexander M. Gorlov ed e' stata brevettata fra il 1995 ed il 2001.
Si puo' dire che questa turbina e' una evoluzione della turbina Darrieus. La sua caratteristica principale e' associata alle pale del rotore, dette pale twisted e molto adatte a facilitare l'avvio della turbina. Il nome twisted, assegnato alle pale di questa turbina eolica, e' da attribuire al fatto che esse sembrano essere avvolte intorno all'asse rotante.
DARRIEUS-SAVONIUS
I principali problemi legati a questa soluzione ibrida di turbina eolica sono generalmente dovuti a fenomeni di interferenza aerodinamica, i quali compromettono le prestazioni complessive della turbina. Quello che si e' notato e' che il coefficiente di potenza Cp della turbina ibrida risulta essere minore del contributo fornito dalla singola turbina Darrieus. Infatti, per alti valori del TSR (Tip speed Ratio) la turbina Savonius, oltre a generare interferenza aerodinamica per la Darrieus, produce una potenza negativa, che riduce le prestazioni totali della turbina.
I modelli Darrieus sfruttano il principio della portanza, come gli aerogeneratori ad asse orizzontale.
I modelli Savonius, per funzionare, sfruttano la resistenza aerodinamica e sono meno idonei ad essere usati per generare elevate potenze.
Tutte le turbine “a portanza” offrono delle efficienze maggiori, rispetto alle turbine “a resistenza”, perche' riducono le perdite per attrito.