Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Development of a test rig for the measurement of small wind turbines in a wind tunnel

Meironke Heiko, Panten Thomas, Hayduk Martin, Strubel Frieder

Acta Mechanica et Automatica

|

2023

|

Vol. 17, no. 3

390--394

EN

This paper describes the development, design and function of a test rig for the measurement of small wind turbines in a wind tunnel and presents the first exemplary measurements of the performance characteristics of various horizontal and vertical rotors. A central part of this test rig is the developed control system with an electronic load, which enables an automated recording of the measured values for the evaluation of the power coefficients (cp) and tip-speed ratio (λ) values. Another challenge emerges owing to the known differences in the power spectrum, because the power coefficients of drag rotors (<20%) are different from those of buoyancy rotors (<40%). The system was adapted to the different ranges by means of a stepless switching using various resistors. The entire control and regulation unit was compactly implemented using a programmable logic controller (PLC) and dynamically linked to the operating parameters of the wind tunnel. This enables an automated operation of the wind tunnel during the determination of the performance parameters of the investigated wind turbines.

2

A small wind turbine output model for spatially constrained remote island miicro-grids

Žigman D., Meštrović K., Tomiša T.

TransNav : International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation

|

2022

|

Vol. 16 No. 1

143--146

EN

Modelling operation of the power supply system for remote island communities is essential for its operation, as well as a survival of a modern society settled in challenging conditions. Micro-grid emerges as a proper solution for a sustainable development of a spatially constrained remote island community, while at the same time reflecting the power requirements of similar maritime subjects, such as large vessels and fleets. Here we present research results in predictive modelling the output of a small wind turbine, as a component of a remote island micro-grid. Based on a month-long experimental data and the machine learning-based predictive model development approach, three candidate models of a small wind turbine output were developed, and assessed on their performance based on an independent set of experimental data. The Random Forest Model out performed competitors (Decision Tree Model and Artificial Neural Network Model), emerging as a candidate methodology for the all-year predictive model development, as a later component of the over-all remote island micro-grid model.

3

Location-optimized aerodynamic rotor design studies and development of small wind turbines

Lehser-Pfeffermann Daniel, Hamman Alexander, Rückert Frank Ulrich

Archives of Thermodynamics

|

2022

|

Vol. 43, no 1

3--19

EN

Local wind conditions can vary strongly depending on the landmark and vegetation, as well as on the skyline of the buildings in an urban surrounding. Weather, season and time of day influence the yield of electric power. In order to promote the use of small wind turbines as an alternative to photovoltaic power generation, design optimization for location-optimized small wind turbines was carried out. In this work, we want to concentrate on vertical axis wind turbines. Experimental studies, as well as numerical simulations, have been conducted. On the one hand, bionically optimized core structures will be integrated and implemented in the hybrid material of the turbine blades. Several optimization attempts have been examined for single blades. Detailed simulative investigations with large eddy simulations improve the aerodynamic behaviour of the new rotor design. Finally, based on the results of the studies and investigations, a new rotor will be manufactured and tested experimentally in the wind tunnel. A comparison with the reference system from the first part of the paper shows the improvements and effectiveness of the measures and processes investigated.

4

Simulation and modeling of a small permanent magnet synchronous generator wind turbine directly from its datasheet

Naama Fatima Zohra, Zegaoui Abdallah, Djahbar Abdelkader, Aillerie Michel

Przegląd Elektrotechniczny

|

2020

|

R. 96, nr 7

8--12

EN

A model of Small Wind Turbines (SWT) based on the general functional equations under Matlab/Simulink and validate by the modeling of a real generator for residential usage is presented. The considered SWT is based on a variable rotational speed system coupled to a PMSG The method presents a huge original interest thanks to its simplicity by considering at first the response to the wind velocity in agreement to the SWT datasheet, without the necessity of a MPPT technique. Simulations are carried out with discussions showing the effectiveness of the approach.

PL

Zaprezentowano model małej turbiny wiatrowej bazujący na równaniach funkcji. Model obliczono w Matlab/Simulink i zweryfikowano w postaci wykonanej turbiny do celów domowych.. Dzięki swej prostocie model potrafi odwzorowa różne warunki pracy, przede wszystkim zmienną prędkość wiatru.

5

Badanie wpływu wybranych parametrów turbiny wiatrowej małej mocy z dyfuzorem na jej efektywność

Skorupa K. K., Grzejda R.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2018

|

nr 107

81--93

PL

Za pomocą małych turbin wiatrowych można tworzyć rozproszone źródła energii elektrycznej użyteczne na obszarach o dobrych warunkach wietrznych. Niekiedy jednak możliwe jest wykorzystanie małych turbin wiatrowych również na terenach charakteryzujących się mniejszą średnią prędkością wiatru w ciągu roku. Na etapie projektowania małej turbiny wiatrowej można wykorzystywać różnego rodzaju rozwiązania techniczne zwiększające prędkość strugi wiatru, jak też w sposób optymalny ją ukierunkowujące. Do metod pozwalających na zwiększenie efektywności przetwarzania energii wiatru na energię elektryczną w przypadku turbiny wiatrowej należą zastosowanie dyfuzora osłaniającego wirnik turbiny oraz optymalizacja kształtu łopatek montowanych na wirniku turbiny. W pracy zbadano wpływ geometrii dyfuzora oraz łopatek wirnika na efektywność przykładowej turbiny wiatrowej przeznaczonej do eksploatacji na terenie województwa zachodniopomorskiego. Analizy wykonano dla trzech typów dyfuzora oraz dla trzech typów łopatek wirnika. Na ich podstawie dokonano wyboru najbardziej optymalnego kształtu dyfuzora oraz łopatek ze względu na efektywność turbiny wiatrowej. Dla turbiny z zaprojektowanym dyfuzorem wykonano obliczenia mocy wyjściowej dla przyjętych różnych wartości średniej rocznej prędkości wiatru oraz stałego współczynnika mocy Betza i założonej sprawności generatora. We wszystkich analizowanych przypadkach oszacowano też ilość energii możliwej do wygenerowania przez turbinę w ciągu roku. Na podstawie tych obliczeń wysunięto ważne wnioski o znaczeniu praktycznym. W końcowej części pracy przedstawiono model 3D turbiny wiatrowej z wybranymi na podstawie wcześniejszych analiz dyfuzorem i łopatkami wirnika. Jako materiału na dyfuzor i łopatki wirnika użyto włókna szklanego typu A. Za pomocą obliczeń z wykorzystaniem metody elementów skończonych wyznaczono graniczne przemieszczenia konstrukcji turbiny pod wpływem wiatru huraganowego. Na podstawie tych obliczeń wykazano poprawność konstrukcji zamodelowanej małej turbiny wiatrowej.

EN

By means of small wind turbines, it is possible to create distributed sources of electricity useful in areas with good wind conditions. Sometimes, however, it is possible to use small wind turbines also in areas characterized by lower average wind speeds during the year. At the small wind turbine design stage, various types of technical solutions to increase the speed of the wind stream, as well as to optimally orientate it, can be applied. The methods for increasing the efficiency of wind energy conversion into electricity in the case of a wind turbine include: the use of a diffuser shielding the turbine rotor and the optimization of blades mounted on the turbine rotor. In the paper, the influence of the diffuser and rotor blades geometry on the efficiency of an exemplary wind turbine for exploitation in the West Pomeranian Province is investigated. The analyses are performed for three types of the diffuser and for three types of rotor blades. Based on them, the most optimal shapes of the diffuser and blades are selected due to the efficiency of the wind turbine. For the turbine with the designed diffuser, calculations of the output power for the assumed different values of the average annual wind speed and the constant Betz power factor and the specified generator efficiency are made. In all the analyzed cases, the amount of energy that can be generated by the turbine during the year is also estimated. Important practical conclusions are formulated on the basis of these calculations. In the final part of the paper, a 3D model of the wind turbine with the diffuser and rotor blades chosen based on earlier analyses is presented. As a material for the diffuser and rotor blades, glass fiber type A is applied. By means of calculations using the finite element method, the limit displacement of the turbine structure under the influence of a hurricane wind are determined. Based on these calculations, the correctness of the modelled small wind turbine structure has been demonstrated.

6

Selection criteria and analysis of wind turbines for DHW

Nemś A., Nemś M., Ruziewicz A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2018

|

R. 94, nr 4

152--156

EN

The article describes the method and criteria of selecting wind turbines used to heat domestic hot water (DHW). The authors describe a method of choosing turbines based on power characteristics, climatic conditions and heating demands of a building. Power characteristics are described together with power utilisation factors for turbines with a horizontal and vertical axis. Special attention has been drawn to power utilisation factor of the turbine, which depends on climatic conditions and is a better parameter of turbine selection than power characteristics.

PL

W artykule opisano sposób i kryteria doboru turbin wiatrowych służących do podgrzewania ciepłej wody użytkowej (CWU). Przedstawiono metodę doboru turbin do systemu, uwzględniającą charakterystykę mocy, warunki klimatyczne oraz potrzeby grzewcze budynku. Pokazano charakterystyki mocy i współczynniki jej wykorzystania dla turbin z poziomą i pionową osią obrotu. Zwrócono uwagę na wskaźnik wykorzystania mocy turbiny, który jest zależny od warunków klimatycznych i jest lepszym parametrem w doborze turbin niż charakterystyka mocy.

7

Location-optimized aerodynamic rotor design of small wind turbines and lightweight implementation using additive hybrid material

Lehser-Pfeffermann D., Häfele T., Rückert F. U., Griebsch J., Müller T., Joos F.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 2

437--445

EN

Wind power plays a crucial role in supplying cities with renewable energy. Combined with short transport routes, it is essential to establish site-specific small wind turbines in the urban environment. An increasing interest in small, decentralized, vertical-axis wind turbines (VAWT) can be observed here. However, concepts with low visual and auditory effects and economic efficiencies are largely limited. The project part described in this paper enables a specially developed design software tool of rotor geometries optimized for such boundary conditions. By using fiber-reinforced structures in combination with selective laser sintering, it is theoretically possible to economically produce even the smallest quantities of these geometries for a typical service life of wind turbines. The results presented and discussed in this work can serve as a basis for a subsequent feasibility study.

8

Control for Grid Connected Small Wind Turbine System

Černelič J., Štumberger G., Dolinar D.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 5

174-178

EN

This paper presents a control of a grid connected small wind turbine (SWT) system. The chosen SWT topology consists of a synchronous machine (SM) with excitation winding, a full power back to back converter and an output filter. The control system consists of the hill search type Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm and the Voltage Oriented Control (VOC). The two control algorithms are interacting over the DCvoltage controller. The proposed control requires small number of measurements that can be reduced to the electrical subsystem of SWT.

PL

W artykule przedstawiono sterowanie małą turbiną wiatrową podłączoną do sieci. System składa się z silnika synchronicznego oraz przekształtnika i filtru wyjściowego. Do sterowania wykorzystano algorytm MPPT i układ VOC.

9

Wieże z betonu wirowanego pod małe turbozespoły wiatrowe

Łodo A., Michałek J.

Materiały Budowlane

|

2014

|

nr 6

50--51

PL

W pracy podano ogólne zasady obliczeń i doboru konstrukcji wsporczych małych turbin wiatrowych (SWT). Przedstawiono możliwości wykorzystania wirowanych żerdzi strunobetonowych jako konstrukcji wsporczych SWT.

EN

In the paper the general rules of calculations and selection of supporting structures of small wind turbines were given. The possibilities of application of spun pre-tensioned prestressed concrete poles as supporting structures of small wind turbines were presented.

10

Monitoring and Control Algorithms Applied to Small Wind Turbine with Grid-Connected/Stand-Alone Mode of Operation

Milczarek A., Malinowski M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 12a

18-22

EN

This paper presents control of a three-phase DC/AC converter with grid monitoring algorithm applied to Small Wind Turbine (SWT). Monitoring through voltage amplitude and frequency measurement detect electrical grid faults and automatically change the grid-connected/standalone mode of operation. Inverse transition stand-alone/grid-connected is preceded by synchronization of DC/AC converter to electrical grid with the help of special Phase Locked Loop (PLL) block.

PL

Poniższy artykuł opisuje sterowanie trójfazowym przekształtnikiem DC/AC z algorytmem monitorowania sieci elektroenergetycznej do zastosowania w Małej Elektrowni Wiatrowej (MEW). Algorytm monitorujący amplitudę oraz częstotliwość napięcia sieci wykrywa awarię sieci elektroenergetycznej i automatycznie przełącza tryb pracy elektrowni z pracy z siecią elektroenergetyczną do pracy autonomicznej. Natomiast przełączenie z pracy autonomicznej do pracy elektrowni z siecią elektroenergetyczną następuje po uprzedniej synchronizacji przekształtnika DC/AC z siecią elektroenergetyczną za pomocą pętli synchronizacji fazowej (PLL).

11

Aerodynamics of small wind turbine: a new game on old ground

Izmaylov R. A., Dudnikov S. Y., Lebedev A. A., Khoroshev E. N., Chumakov Y. S., Melnikov Y. B.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2011

|

nr 140

97-104

EN

A new design of small wind turbine is presented. The proposed system consists of axial flow turbine, located in aerodynamically profiled ring shroud, and modern alternating current generator. Results of CFD three-dimensional modeling of the system operation are presented. System prototype (diameter 0.5 m) was tested in open air on a moving car and in wind tunnel of SPSTU. Experiments were carried out at different air velocities with the measurements of flow using hotwire anemometer and pressure pick-ups. The results confirm preliminary estimations and open possibilities to produce small wind turbine up to diameter 10m.

12

Algorytm sterowania przekształtnikiem DC/AC dla małej elektrowni wiatrowej

Młodzikowski P., Milczarek A., Malinowski M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2011

|

R. 87, nr 6

67-72

PL

Artykuł omawia zagadnienia sterowania przekształtnikiem DC/AC pośredniczącym w przekazywaniu energii elektrycznej wyprodukowanej przez małą elektrownię wiatrową (MEW) do sieci elektroenergetycznej nn. lub odbiorników lokalnych.

EN

Paper presents control methods for a DC/AC converter working in a grid connected or a stand-alone mode and transferring energy from a small wind turbine to the electrical grid or autonomous local grid.

13

AC/DC converter with Maximum Power Point Tracking algorithm for complex solution of Small Wind Turbine

Rolak M., Kot R., Malinowski M., Goryca Z., Szuster T.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2011

|

R. 87, nr 6

91-96

EN

This paper presents a complex solution of Small Wind Turbine for AC/DC converter with Maximum Power Point Tracking Algorithm. The different topologies of converters are presented and compared to chose optimal solution. Chosen Maximum Power Point Tracking methods are introduced, described and simulated. Some important phenomenon which occurred during designing process of the wind rotor and permanent magnet synchronous generator are described either.

PL

Artykuł przedstawia proces projektowania małej elektrowni wiatrowej z przekształtnikiem AC/DC do śledzenia mocy szczytowej MPPT (ang. Maximum Power Point Tracking). W pracy zostały przedstawione i porównane różne topologie przekształtników, jak również opisano i wykonano badania symulacyjne wybranych algorytmów MPPT. Ponadto pokazano problemy pojawiające się podczas procesu projektowania elektrowni wiatrowej ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień dotyczących turbiny wiatrowej, generatora i samego przekształtnika AC/DC.

14

Wyznaczenie obciążenia aerodynamicznego w modelu elektrowni wiatrowej małej mocy

Koźlak M., Pawlak M.

Modelowanie Inżynierskie

|

2007

|

T. 3, nr 34

67-72

PL

W niniejszym artykule przedstawiony jest sposób doboru profili aerodynamicznych oraz optymalnych parametrów aerodynamicznych poszczególnych komponentów elektrowni wiatrowej małej mocy o poziomej osi obrotu. Własności aerodynamiczne łopat zostały ustalone poprzez założenie optymalnego stosunku współczynników sił nośnych do sił oporu wybranych profili aerodynamicznych przy zadanych prędkościach wiatru. Łopaty wzorowane są na maszynach dużej mocy, z wykorzystaniem dwóch dźwigarów jako elementów nośnych, przy stałych grubościach poszycia oraz trzech różnych profilach rozmieszczonych wzdłuż osi łopaty. Analizę aerodynamiczną przeprowadzono w środowisku inżynierskim Matlab z wykorzystaniem metody BEM (Blade Element Momentum). Jako dane wejściowe zadane były współczynniki sił nośnych oraz współczynniki sił oporu w funkcji kąta natarcia. Są to wielkości charakterystyczne dla każdego z profili aerodynamicznych, zwykle wyznaczane w tunelach aerodynamicznych. Współczynniki aerodynamiczne wykorzystane w pracy zostały zaczerpnięte z danych literaturowych. Na wyjściu uzyskano rozkład sił aerodynamicznych na łopacie przy różnych prędkościach wiatru oraz w różnych położeniu kątowym łopat. Uwzględniając obciążenie aerodynamiczne dla masztu elektrowni uzyskano stan obciążenia aerodynamicznego całego układu.

EN

In this article is described procedure of selecting aerodynamic profiles and optimal aerodynamic coefficients for small horizontal axis wind turbine. Aerodynamic properties of blades were specified by using the optimal ratio between lift and drag coefficients of selected aerodynamic profiles in assumed wind velocities. Blades are similar to those used in large wind turbines, where two spars are responsible for stiffness, constant lower and upper layer thickness are assumed with shape of three different aerodynamic profiles along the length of blade. Aerodynamic analysis is made in Matlab, procedures are based on BEM (Blade Element Momentum) theory. The input data are lift and drag coefficients as a function of angle of attack. These coefficients are different for each aerofoil, usually calculated in aerodynamic tunnel. Data used in presented article was taken from literature. As a result of analysis the distribution of aerodynamic forces along the blade for different wind velocities and radial positions of blade were received.