Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu – numeryczne modelowanie pracy

• Autorzy: Pieszka M. , Szubel M. , Filipowicz M.

Warianty tytułu

EN

Vertical Axis Wind Turbines – numerical modeling of the performance

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ciekawą alternatywą dla turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu są turbiny o osi pionowej, które charakteryzują się cichą pracą w szerokim zakresie prędkości wiatru i pracują niezależnie od jego kierunku. Z uwagi na liczne zastosowania w energetyce rozproszonej (instalacjach małej mocy) bardzo istotne staje się projektowanie turbin tak, aby zapewnić maksymalną sprawność i możliwość pracy przy relatywnie niskich prędkościach wiatru. Użyteczną metodą optymalizacji geometrii turbiny na wczesnym etapie projektowania prototypu jest obliczeniowa mechanika płynów (CFD), umożliwiająca skrócenie procesu projektowania oraz obniżenie kosztów. W ramach niniejszej pracy omówiono zagadnienia teoretyczne związane z różnymi aspektami energetyki wiatrowej. Przeprowadzono krótki przegląd literatury w zakresie wykorzystania obliczeniowej mechaniki płynów w podobnych pracach. Zasadniczą część pracy stanowi analiza wariantowa wybranych parametrów dwóch turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu, charakteryzujących się różną geometrią. Na podstawie wyników obliczeń i przedstawionych zagadnień teoretycznych opracowano wnioski dotyczące relacji pomiędzy wybranymi parametrami turbin wiatrowych oraz zestaw zaleceń konstrukcyjnych.

EN

Vertical axis wind turbines (VAWT) are very interesting alternative to more popular horizontal axis wind turbines (HAWT). VAWT are characterized by relatively quiet operation as well as possibility to operate independent of airflow direction. Moreover, this type of turbines uses efficiently wide range of wind velocity. Due to increasing popularity of distributed generation (low-power devices) it is crucial to design wind turbines providing maximal efficiency of energy conversion as well as possibility to operate in conditions of relatively low wind velocity. On the early stage of development of the prototype, a useful method to optimize the geometry is computational fluid dynamics (CFD), which allows the companies shorten the time of design and reduce the costs. In the thesis theoretical issues related with various aspects of wind energy were described. Literature and papers devoted to application of the CFD simulation of wind turbines were briefly discussed. The main part of the thesis is variant analysis of two designs of vertical axis wind turbines. Based on the results of the computation, analysis of the selected parameters were performed, and finally the conclusions were drawn. Furthermore, set of design recommendations have been developed.

Słowa kluczowe

PL

małe turbiny wiatrowe; turbiny wiatrowe o osi pionowej; obliczeniowa mechanika płynów; rozproszone systemy energetyczne

EN

small wind turbines; vertical axis wind turbines (VAWT); computational fluid dynamics; distributed generation

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 5
• Strony: 9--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Pieszka M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw

autor

Szubel M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw

autor

Filipowicz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw

Bibliografia

• [1] F. Wolańczyk, Elektrownie wiatrowe, KaBe, 2013, str. 50-53, 57-61, 65-71 ;
• [2] M. Filipowicz, Małe turbiny wiatrowe : co na to Don Kichot?, Nafta & Gaz Biznes, 2004 nr 4 s. 62-64
• [3] H. Wojciechowski, Mała elektrownia wiatrowa wspomagająca istniejący system grzewczy w budynku mieszkalnym. Część I. Energetyczne wykorzystanie strumienia powietrza, Instal 2103, nr 5 s. 8-13; Część li Małe elektrownie wiatrowe do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody w budynkach mieszkalnych, Instal 2013, nr 7-8, s. 20-29
• [4] R. Ulbrich, S. Anweiler, W. Fedak, B. Jarosz, Instalacje elektryczne z autonomicznym układem zasilania na bazie odnawialnych źródeł energii, Instal 2016, nr 7-8, s. 26-30
• [5] http://www.instsani.pl/ozewiatr3.htm, dostęp 10.2016;
• [6] T. Mirowski, E. Mokrzycki, R. Ney, ENERGETYKA WIATROWA - stan obecny i szanse rozwoju, IGSMiE PAN, 2015, str. 31-32;
• [7] B. Sorensen, Renewable Energy. Its physics, use, environmental impacts, economy and planning aspects, Academic Press, 2000;
• [8] Z. Gnutek, W. Kordylewski, Maszynoznawstwo energetyczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2003, str. 318-319;
• [9] http://odnawialnezrodlaenergii.pl, dostęp 10.2016;
• [10] http://www.4coffshore.com/windfarms/turbirie-mhi-vestas-offshore-wind-vló4-8.0-mw-Kd89.html, dostęp 10.2016;
• [11] T. Boczar, Wykorzystanie energii wiatru. PAK. 2010;
• [12] J. Tu, G. Yeoh, Ch. Liu, Computatonal fluid Dynamic, A practical approach. Second Edition, Elsevier, 2013, str. 1-24, 61-93;
• [13] K. Kacprzak, G. Liskiewicz, K. Sobczak, Numerical investigation of conventional and modified Savonius wind tunbines. Renewable Energy 60,578-585, 2013.
• [14] F Balduzzi, A. Bianchini, R. Maleci, G. Ferrara, L. Ferrari, Critical issues in the CFD simulation of Dameus wind tunbines. Renewable Energy, 85, 2016, 419-435;
• [15] http://darmowa-energia.eko.org.pl/, dostęp 12.2016.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).