Pionowe turbiny wiatrowe od lat cieszą się zainteresowaniem, ale nie zyskały popularności turbin poziomych. Pomimo niezaprzeczalnych zalet posiadają istotne wady, które dyskwalifikują je jako wielkoskalowe inwestycje długoterminowe. Są jednak sprzedawane do zasilania przydomowych instalacji m.in. przez kilka polskich firm.

Jakie są zalety i wady turbin pionowych? Czemu nie zyskały one na popularności, mimo że znane są od wieków? W jaki sposób polskie firmy próbują opanować niszę jaką jest rynek pionowych turbin?

Wirnik Darrieusa i Savoniusa

Turbiny wiatrowe mają długą historię. Chociaż większość z nas kojarzy turbiny wiatrowe z klasycznymi wiatrakami, to turbiny pionowe były używane w na terenie Bliskiego Wschodu w IX wieku n.e., a na terenie Europy w XII wieku n.e. do prac związanych z mieleniem zbóż i irygacją. Pierwszą turbiną wiatrową wykorzystaną do generowania elektryczności była właśnie jej pionowa odmiana, którą skonstruował Szkot James Blyth w 1887 r.

Wśród turbin pionowych wyróżnia się dwa główne rodzaje. Pierwszy to tzw. wirnik Darrieusa, którego nazwa pochodzi od nazwiska francuskiego konstruktora, który opatentował go w 1931 r. Ma on dwie lub trzy długie cienkie łopaty, które łączą się na górze i dole osi obrotu. Jego odmianą są turbiny, gdzie łopaty są umieszczone równolegle do osi obrotu, tworząc kształt litery H (tzw. H-Darrieus).

Drugi to tzw. wirnik Savoniusa, gdzie zakrzywione łopaty łączą się, tworząc przekrój zbliżony do litery „S”. Ponadto prowadzone są eksperymenty z innymi formami łopat np. w kształcie świdra, mającymi zniwelować niedoskonałości wcześniejszych rozwiązań.

Źródło: Wikimedia

Zalety turbin pionowych…

Jest ich kilka. Po pierwsze: mniejsza liczba części. Turbina pozioma musi najpierw obrócić się w kierunku wiatru, zanim jej łopaty zaczną się obracać. Tymczasem turbiny pionowe są w stanie pracować przy wietrze wiejącym z dowolnego kierunku. To sprawia, że ​​idealnie nadają się do porywistych warunków. Z drugiej strony, na komercyjne farmy wiatrowe wybiera się miejsca o stałych wiatrach, co skutecznie niweluje tę zaletę turbin pionowych.

Po drugie: bezpieczeństwo obsługi. Większość komponentów turbin pionowych znajduje się na poziomie gruntu. Pozwala to uniknąć konieczności wspinania się obsługi na znaczne wysokości w celach konserwacji.

Po trzecie: potencjał do skalowania w dół. Ze względu na swoją konstrukcję turbiny pionowe mogą być stosowane w gęsto zamieszkałych obszarach miejskich lub na dachach budynków, zachowując jednocześnie wysoki poziom wydajności. Innymi słowy, mogą być montowane tam, gdzie ze względów przestrzennych inne technologie odnawialne nie mogą być zastosowane.

…i wady

Pierwszą z nich jest wydajność. W turbinach poziomych wszystkie łopaty przyczyniają się do produkcji energii. Kiedy wiatr wieje na turbinę o osi pionowej, tylko część łopat generuje energię. Efekt? Zmniejszona ilość wytworzonej energii. Ponieważ celem działalności farm wiatrowych jest generowanie jak największej mocy w długim okresie czasu, turbiny pionowe nie spotykają się z zainteresowaniem jako inwestycje długoterminowe.

Druga wada to trudność ze skalowaniem w górę. Ponieważ turbiny pionowe przenoszą obciążenia muszą być zabezpieczane odciągami. W efekcie zbudowana z nich farma wiatrowa wymagałaby więcej materiałów i przestrzeni do wygenerowania porównywalnej mocy, w porównaniu do instalacji wyposażonej w turbiny o osi poziomej.

Po trzecie, turbiny pionowe wymagają regularnej konserwacji. Chociaż mają mniej komponentów podlegających zużyciu to podlegają siłom o większej zmienności, niż turbiny poziome, co wpływa negatywnie na ich trwałość.

Polak potrafi

Wyżej wymienione wady turbin pionowych nie zniechęcają inżynierów od rozwijania tych konstrukcji. Są one produkowane i sprzedawane na całym świecie, w tym również w Polsce.

Krakowski Anew Institute ma w swojej ofercie 3 turbiny pionowego obrotu. ANew-B1 o mocy 1,5 GW jest ofertą dla deweloperów farm wiatrowych oraz innych podmiotów komercyjnych, wymagających dużych ilości energii. Ma wysokość 66 metrów a średnica turbiny wynosi 52 m.

Model ANew-M1 ma wysokość ponad 30 m, moc 200 kW i jest odpowiedni dla średniej wielkości podmiotów, takich jak hotele, bądź małych społeczności lokalnych.

Najmniejszy ANew-S1 ma wysokość nieco ponad 4,5 metra i średnicę niecałych 7,5 metra generując moc 15kW. Jego przeznaczeniem są pojedyńcze gospodarstwa. Z racji możliwości montażu w wersji off-grid może być elementem domu autonomicznego.



NEWind Energy z Wojnicza koło Tarnowa, oferuje turbinę o mocy 6 kW, czyli przeznaczoną dla gospodarstwa domowego. Jej szerokość to jedynie 2 metry a wysokość to niecałe 7 metrów, ze słupem nośnym do 15 m. Cena całkowita – obejmująca wykonanie oraz formalności związane z projektowaniem oraz przyłączeniem – została przez producenta wyznaczona na poziomie 95 000 zł (cena z 2016 r.). Dla porównania, podobna turbina pozioma o zbliżonej mocy kosztuje poniżej 40 000. Za cenę poniżej 90 000 możemy zaś mieć poziomą turbinę o mocy 10 kW.



Turbiny pionowe są popularne w małych instalacjach przydomowych, gdzie przestrzeń ogranicza możliwość instalacji innych odnawialnych źródeł energii. Są cichsze, mniejsze oraz bardziej bezpieczne dla przelatujących ptaków, niż turbiny poziome. Zalety te jednak nie rekompensują zmniejszonej wydajności, co powoduje brak zainteresowania komercyjnego. Na świecie jest zainstalowane 564 GW w turbinach poziomych i 0 GW w pionowych. I nic nie wskazuje, że by się to zmieniło w najbliższej przyszłości…