Darrieus-roottori

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Darrieus-tuuliturbiini, korkeus noin 30 metriä. Keskisalko on jäykistetty vaijereilla.

Darrieus-roottori on pystyakselinen tuuliturbiini (engl. VAWT, vertical-axis wind turbine), jonka patentoi ranskalainen insinööri G.J.M.Darrieus vuonna 1931. Roottori koostuu pystyakselista, salosta, jonka ympärillä kaarevat lavat pyörivät. Lavat kiinnittyvät akselisalon ala- ja yläosaan.[1][2]

Etuna mallissa on yksinkertainen perusrakenne: generaattori voidaan rakentaa maan tasolle eikä laitteen tarvitse kääntyä tuulen suuntaan kuten vaaka-akselisten turbiinien.[3]

Roottori on teoriassa hyötysuhteeltaan hyvä, mutta rakenteen aiheuttamat materiaali- ja toleranssivaatimukset ovat niin kovat, että käytännön hyötysuhde ei nouse yhtä hyväksi kuin tavanomaisilla vaaka-akselin ympäri pyörivillä HAWT-roottoreilla. Darrieus-turbiinit käynnistyvät harvoin ilman apumoottoria.

Lapojen pyöriminen tasaa keskisalkoon kohdistuvia tuulivoimia. Toisaalta salkoon kohdistuu huomattavia keskipakoisvoimia ja niiden myötä helposti värähtelyjä. Ongelmana on keskisalon jäykistys, joka on vaikea toteuttaa vaijereilla, tämä johtaa helposti poikkileikkaukseltaan suuriläpimittaiseen salkoon. Lisäksi roottorin lavat ovat osin liian matalla hyvää hyötysuhdetta ajatellen. Lapoihin kohdistuva tuulenpaine myös vaihtelee pyörimissektorin eri osissa - tämä aiheuttaa tehonvaihtelua ja resonointia lavoissa.[3] Lapojen on oltava samanaikaisesti keveitä ja jäykkiä, mikä aiheuttaa kovat vaatimukset materiaalivalinnalle.

Maailman korkein Darrieus-roottori Gaspén niemimaalla Kanadan Quebecissä.

Eolen Darrieus-turbiini[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

JinGuaShin historiallisessa kultakaivoksessa yhdistetty Darrieus- ja Savonius-roottori

Kanadassa Hydro-Quebec -voimalayhtiö ja valtion tutkimuslaitos National Resource Council of Canada tutkivat 1980-luvulla suuren kokoluokan Darrieeus-turbiineja (VAWT). Cap Chatiin, Gaspén niemimaalle Quebeciin valmistui vuonna 1987 maailman suurin Darrieus-roottoria käyttävä tuulivoimala, Eolen turbiini. Keskisalon korkeus voimalassa oli 96 metriä, ja lapojen suurin läpimitta 64 metriä. Lapojen leveys oli 2,4 metriä ja optimaalinen pyörimisnopeus 14,25 kierrosta minuutissa maksimituulennopeudella 20 m/s: roottorin pyörimisnopeus vaihteli tuulen mukaan. Roottorin voimakkaiden resonanssien vuoksi suurin käytönaikainen tuulennopeus piti rajoittaa 17,5 m/s pyörimisnopeuden ollessa tällöin 13,5 kierrosta minuutissa.[4]

Voimala toimi vuoteen 1993 asti, jolloin se suljettiin perustuksissa havaitun ongelman vuoksi. Huipputehoksi turbiinista saatiin 2,7 MW, laskennallinen maksimikapasiteetti voimalassa oli 3,8 MW. Toiminta-aikanaan voimala tuotti 12 740 MWh sähköä 18 600 käyttötunnin aikana. Voimalan käyttöaste oli 94 prosenttia kokonaisajasta.[4]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • United States Patent Office: United States Patent 1835018 (pdf) (Turbine having it's rotating shaft transverse to the flow of the current) FreePatentsOnline.com. Viitattu 4.11.2007. (englanniksi)
  • turbine Britannica Onine. 31.10.2007. Encyclopædia Britannica. Viitattu 31.10.2007. (englanniksi) Maksullinen lähde.
  • P.W. Carlin, A.S. Laxson, E.B. Muljadi: The History and State of the Art of Variable-Speed Wind Turbine Technology. U.S. Department of Energy, NREL National Renewable Energy Laboratory, 2001. NREL/TP-500-28607. Teoksen verkkoversio (pdf) (viitattu 31.10.2007). (englanniksi)
  • Peter Lund ja Jukka Paatero (toim.): Kehittynyt tuulivoimateknologia, Tfy-56.173 Ydin- ja energiatekniikan erikoiskurssi I, syksy 2002. Teknillisen korkeakoulun teknillisen fysiikan julkaisuja. Espoo: Teknillinen korkeakoulu, 2003. TKK-F-B194. Teoksen verkkoversio (pdf) (viitattu 31.10.2007).

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. United States Patent 1835018
  2. Encyclopædia Britannica 2007
  3. a b Lund, Paatero 2003, s. 14
  4. a b Carlin et al. 2001, s. 29