Küçük ölçekli dikey eksenli rüzgar türbinlerinin sayısal analizi

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en hızlı gelişen rüzgar enerjisidir. Son zamanlarda fosil yakıt fiyatlarındaki artış, temiz enerji kaynaklarına yönelik talepler ve hükümet desteklerinin artmasıyla rüzgar türbinleri enerji üretimi için uygun bir teknoloji haline gelmiştir. Mevcut rüzgar santrallerinin çoğu yatay eksenli rüzgar türbinlerinden oluşur. Çünkü yatay eksenli rüzgar türbinlerinin verimliliği diğer tüm rüzgar türbinlerine göre daha yüksektir. Halen yatay eksenli rüzgar türbinleri (YERT), büyük boyları ve yüksek güç üretim özellikleri nedeniyle rüzgar enerjisi pazarına hakimdir. Buna karşın, dikey eksenli rüzgar türbinleri (DERT) de çok fazla güç üretebilir ve birçok avantaj sağlayabilir. Bu tez, bir dikey eksenli rüzgar türbini (DERT) çeşidi olan H tipi Darrieus rüzgar türbininin düşük rüzgar hızı koşullarında farklı kanat uç hızı, farklı yunuslama açısı, farklı kanat profili ve farklı kanat sayıları için performans değerlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yardımıyla sayısal analizini kapsamaktadır. 3 farklı kanat profiline sahip dikey eksenli H-Darrieus rüzgar türbininin rotor konum açısı, yunuslama açısı ve kanat sayısı parametreleri değiştirilerek analizler gerçekleştirilmiş ve türbülans modeli SST (Shear Stress Support) k-W seçilerek moment değerleri ve güç katsayısının değişimi gözlenmiştir. Böylece incelenen parametreler kapsamında, küçük ölçekli dikey eksenli Darrieus rüzgar türbinlerinin hangi durumda daha verimli çalışacağı tespit edilmiştir. Analizler ANSYS Academic 2020R1 paket programıyla yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre, incelenen 3 farklı kanat modeline sahip H-Darrieus türbini için de belirli bir kanat uç hızı değerinde en yüksek güç katsayısına ulaşıldığı, farklı kanat profillerinde rotor konum açısının toplam moment değerini nasıl etkilediği, farklı yunuslama açılarında moment değerlerinin nasıl değiştiği ve farklı kanat sayılarına sahip türbinlerin momentleri incelenerek çeşitli sonuçlara ulaşılmıştır.

Wind energy is the fastest growing one among all of the types of renewable energy sources. Recently, by rising of fossil fuel prices, demands for clean energy sources and government support wind turbines have become the appropiate technology for power generation. Most of the wind farms use horizontal axis wind turbines. Because its efficiency is higher than all other wind turbines. Currently, horizontal axis wind turbines(HAWT) dominate the wind energy market due to their massiveness and high power generation characteristics. However, vertical axis wind turbines(VAWT) can also generate abundantly power and provide many advantages. The thesis covers the numerical analyzes of a H-Darrieus wind turbine, a vertical axis wind turbine(VAWT) type, at different tip speed ratios, pitch angles, blade profiles and blade numbers under low wind speed conditions by using computational fluid dynamics(CFD). Analyzes were performed by using SST(Shear Stress Support) k-W turbulence model and changing the parameters; rotor position angle, pitch angle and the number of blades. Consequently, the changing in moment and power coefficient was observed and it was determined the features of the most efficient H-Darrieus wind turbine. The analyzes was made via ANSYS Academic 2020R1 package program.