طراحي و بهينه سازي آيروديناميكي پره توربين بادي مگاواتي بر پايه تيوري اندازه حركت المان پره

Aerodynamic design and optimization of a Megawatt wind turbine blade based on Blade Element Momentum theory

در اين مقاله روشي كاربردي براي طراحي آيروديناميكي پره توربين بادي مگاواتي بر پايه تيوري اندازه حركت المان پره ارايه شده است. روش كار به اين صورت است كه ابتدا براساس تيوري اندازه حركت المان پره ايده آل يك طراحي اوليه انجام گرفته و سپس روشي براي اصلاحات هندسي به منظور نزديك كردن هندسه پره به شكل عملي و كاربردي ارايه شده است. مزيت اين روش آن است كه طراحي پره بر پايه تعداد متغيرهاي ورودي كمتري انجام مي گيرد و در عين حال نتايج به دست آمده از آن مطابقت خوبي با توربين مرجع در نظر گرفته شده، يعني توربين 5 مگاواتي مربوط به موسسه ملي انرژي هاي نوي ايالات متحده نشان مي دهد. بنابراين استفاده از اين روش مي تواند براي دست يافتن به يك طراحي اوليه آيروديناميكي، پايه اي مناسب باشد. در انتهاي طراحي اوليه، يك بهينه سازي توسط روش الگوريتم ژنتيك و استفاده از خم بِزيِر به روي منحني زاويه پيچش و با در نظر گرفتن توليد انرژي ساليانه به عنوان تابع هدف انجام شده است. در نهايت با استفاده از اين روش يك توربين 2.5 مگاواتي با در نظر گرفتن شرايط منطقه لوتَك در نزديكي زابل در استان سيستان و بلوچستان طراحي شده و به منظور نشان دادن كارايي آن در شرايط واقعي، شبيه سازي و حل سه بعدي آن به روش ديناميك سيالات محاسباتي انجام شده است و نتايج آن با نتايج به دست آمده از روش اندازه حركت المان پره مقايسه شده است كه مطابقت قابل قبولي را نشان مي دهد.

In this paper, a useful method proposed for aerodynamic design of Megawatt wind turbine blade based on Blade Element Momentum (BEM) theory . In this method first a preliminary design is done based on the ideal BEM and then a method have been offered for geometric modifications to approximate the geometry of the blade to a real and functionally one. The advantage of this method is that needed few design parameters that simplify the design procedure, however its results are in good agreement with 5MW NREL reference wind turbine assumed as validation case and show that with use of this method can achieve a good aerodynamic design، Then the twist angle has been optimized using Genetic algorithm and Bezier curve with annual energy production (AEP) as the goal function. At the end, a 2.5 MW wind turbine has been design based on this method with considering the Lootak site specifications in province of Sistan and Baloochestan. Then 3D model of the blade has been made and CFD simulation applied on that for showing the designed turbine operation in real conditions and comparison with BEM method. The results show that is acceptable compatibility between two analytical methods.