توربین های باد مقیاس کوچک جریان متقاطع: مروری بر توسعه فناوری و کاربردها

وسعت مناطق بادخیز در ایران، بستر مناسبی جهت بهره‌مندی از انرژی باد فراهم می‌کند. توربین‌های محور عمودی که به‌عنوان دسته‌ای از توربین‌های مقیاس‌کوچک شناخته می‌شوند؛ مورد توجه قرار گرفته و هر روزه توسعه بیشتری می‌یابند. یکی از انواع این توربین‌ها، که گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای شهری و خانگی به نظر می‌رسد، توربین جریان متقاطع (کراس فلو) است. به دلیل کوچک بودن نسبی حداکثر ضریب توان در توربین کراس فلو، روش‌هایی برای هدایت جریان باد به درون توربین پیشنهاد شده است. این مقاله به مرور مطالعات در حوزه طراحی و بهبود عملکرد توربین کراس فلو از طریق تغییر مشخصات هندسی توربین یا ارائه روش‌هایی برای هدایت جریان باد به درون توربین پرداخته است. پس از معرفی توربین کراس فلو، روش‌های هدایت جریان باد به درون توربین و میزان اثرگذاری هر کدام بر ضریب توان و عملکرد توربین بیان می‌شوند. این روش‌ها به 7 دسته‌ی نازل راهنما، محفظه یا پوسته هدایت جریان، پره راهنما، منحرف‌کننده، روپوش، پره راهنمای چند‌جهته و زفیر تقسیم شده‌اند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که عمده پژوهش‌ها به توسعه پره راهنمای چندجهته پرداخته‌اند. همچنین این توربین برای سه شهر اردبیل، بابلسر و زاهدان در ایران، براساس سه نوع سیستم (فروش مستقیم، متصل به شبکه و متصل به شبکه با باتری) مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد، سیستم فروش مستقیم بهترین گزینه برای بهره‌وری از توربین کراس فلو در ایران است و دوره بازگشت سرمایه کمتر از 10 سال تنها با کاهش قیمت توربین به 10% الی 29% قیمت کنونی حاصل می‌شود.

Cross-Flow Small Scale Wind Turbines: An Overview of Technology Development and Applications

The vastness of windy areas in Iran provides many opportunities for harvesting energy from wind. Vertical axis turbines, mainly as a category of smallscale turbines, are attracting interest and being further developed every day. One of these types of turbines is the CrossFlow wind turbine (CFWT), which is a quite suitable option for urban and home applications, though its low maximum power coefficient is yet a challenge that must be addressed by feasible methods. This article reviews studies in the field of design and improvement of CFWT by changing the geometric characteristics of the turbine or providing a way to direct the wind flow into the turbine rotor. After introducing the CFWT, the methods for directing wind flow into the turbine and their effect on the power coefficient and performance of the system are described. These methods are basically divided into seven categories of Guide nozzle, Casing, Guide vane, Deflector, Cowling, OmniDirectional Guide Vane (ODGV), and Zephyr. This study indicates that a big portion of the conducted research has been on the development of ODGV. Also, this turbine was analyzed for three cities of Ardabil, Babolsar, and Zahedan in Iran based on three types of systems (direct sale, ongrid, and ongrid with batteries). The results of this study show that the direct sale approach is the best option for the utilization of CFWT in Iran, and the payback period time of fewer than 10 years is achieved only by reducing the CAPEX of the setup by 10%29%.