Simulari CFD VAWT

Cateva simulari CFD (Computational fluid dynamics) pentru VAWT. Simularile sunt realizate de userul sjh7132 de pe forumul windgen.org care din pacate a fost inchis publicului.

Lenz2 soliditate 1
https://www.youtube.com/watch?v=W_0Z0xhf_pA
C-Rotor soliditate 1
https://www.youtube.com/watch?v=2f8ELHRtLPs
H-Rotor NACA4416 soliditate 0.35
https://www.youtube.com/watch?v=ghFE3w5A6oc
H-Rotor NACA0020 soliditate 0.35
https://www.youtube.com/watch?v=4cvt11aCOdg
Savonius
https://www.youtube.com/watch?v=YBKW7nJ-_YM

Vawt : simularile sunt realizate cu ajutorul programului OpenFOAM

Se poate observa ca pentru H-Rotor de la o soliditate mai mare de 0.3 turbina porneste usor fara ajutor. Cateva grafice rezultate in urma simularilor

vawt vawt

Important  de remarcat este ca pentru soliditatea de 0.35 a turbinelor din simulare TSR-ul la care se atinge puterea maxima este identic cu cel din formula TSR=(1.4/s)^(1/1.6)  unde s este soliditatea turbinei.

 

C-Rotor

De fapt este vorba de familia C-Rotor.
C-Rotor calculator

evolutie C-ROTOR

Totul a inceput cu Armando Filippini in 1972 cu „Filippini-Rotor” si a continuat in 1980 cu studiile lui Nguyen Duy Vinh asupra „Thies Rotor”. Dezvoltarea rotorului in forma „Crotor” are loc si astazi in cadrul forumului german http://www.daswindrad.de  pornind de la brevetul lui Carl von Canstein din 1998. (actele au fost depuse in 1991)

Daca privim cu atentie la Filippini Rotor putem spune ca si Lenz2 aparut in 2005  este o ruda indepartata a familiei C-rotor .

Aceasta familie de turbine are un randament de maxim de 25% si obtin puterea maxima la un TSR cuprins in intervalul 0.7-0.8. Fara sarcina reusesc sa atinga un TSR de 1.6

Un frumos C-rotor made in Romania marca V-VIFOR.

https://www.youtube.com/watch?v=NWmCQCq_FXA

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, magneti, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana

H-Rotor

Dupa  hibrid voi incerca un rotor Darrieus H-Rotor cu profilul aerodinamic deschis.

Avantaje :

  • un TSR  dublu fata de Lenz2 si  C-Rotor in conditiile unei solidati mari de 0.7
  • startup mai bun decat Darrieus
  • constructia palelor relativ simpla

Turbina va antrena un generator monofazat de 100 w.

O turbina comerciala  ce foloseste acest tip de profil :
https://www.youtube.com/watch?v=Vckv-mJnk3E

v300w

Si descrierea brevetului :
vawt_Noguchi, Tsuneo

 

Generator flux axial

Generator flux axial  300w montat pe o turbina hibrid.

Generatorul are doua discuri dar numai pe unul sunt montati magnetii 50x25x12.5 pentru a limita costurile. Bobinele au 210 spire  d=1.2mm pentru a obtine tensiune de incarcare la turatii mici

Generator flux axial :Pentru viteze ale vantului mai mici de 4 m/s puterea va fi generata preponderent de rotorul Savonius . Voi folosi urmatorul DC-DC booster pentru a obtine tensiunea de incarcare .Generatorul cu flux axial genereaza 12v doar la 70 rot/min.

generator flux axial

Rotorul Savonius-Darrieus 3D

LENZ2, SAVONIUS, DARRIEUS, C-ROTOR, H-ROTOR,TURBINE EOLIENE CU AX VERTICAL, ENERGIE VERDE, GENERATOAR FLUX AXIAL, WIND TURBINES, VERTICAL AXIS WIND TURBINE, VA WIND POWER, ALTERNATIVE ENERGY, FREE ENERGY, DIY PLANS, EOLIANA, HAWT

Calcul curent generator vawt

Curent incarcare- formule calcul

Pentru a putea calcula curentul de incarcare se foloseste urmatoarea schema electrica.

curent incarcare

Curent incarcare: Formulele care guverneaza functionarea circuitului sunt :

curent incarcare formule

In modulul de calcul a randamentului generatorului  pentru a simplifica calculele  am considerat rezistenta cablului 0 (lungimea cablului ~0) dorind sa evaluez doar performanta generatorului .

Lungimea cablului este foarte importanta pentru evaluarea intregului sistem . Pierderile pe acesta fiind in functie de  tensiunea de incarcare, lungimea cablului, diametrul cablului si material.

vawt, lenz2, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoare, wind turbines, vertical axis wind turbine, vawt, Alternators, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, wind turbine free plans

VAWT 200kW

O turbina verticala care se bate de la egal la egal cu orizontalele.

Diametru turbina  D=26m
Lungime pala       H=24m
Inaltime turn         h=40m

Turbina are generatorul instalat  la baza stalpului si nu are reductor de turatie fapt ce duce la reducerea costurilor de constructie si mentenanta.

Capodopera este realizata de suedezii de la Vertical Wind AB si este montata la  Falkenberg

vawt_Falkenberg

https://www.youtube.com/watch?v=b3E_9Am2IJ8
vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, magneti, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana

Darrieus Savonius

Unul din dezantajele turbinelor Darrieus este cuplu redus la viteze mici ale vantului .

Pentru a remedia acest lucru s-a introdus un rotor auxiliar Savonius. Stabilirea dimensiunilor este dat de raportul diametrelor si TSR-urilor celor doua turbine

savonius_darrieus

Am construit o astfel de turbina si reuseste sa invinga „agatarea” generatorului radial cu magneti permanenti pornind foarte usor de la 2 m/s

Generatorul cu flux radial  folosit.

 

VAWT Randament

Este foarte important ca parametri constructivi a generatorul  si turbinei sa fie corelati. Acest lucru se reflecta in randamentul total al sistemului. Acest modul de calcul va ajuta in acest sens si estimeaza care este puterea disponibila a sistemului in ipoteza ca randamentul turbinei nu variaza cu viteza vantului pentru a simplifica calculul.

Trebuie proiectat generatorul astfel incat sa aiba un randament maxim la turatia nominala a turbinei VAWT.

Generator flux magnetic axial

Lucrez la un generator flux magnetic axial  de 300w.

Pentru o verticala  cu d=1.2m si  h=1.8m este suficient.

Generator flux magnetic axial  :  are doua discuri dar numai pe unul sunt montati magnetii 50x25x12.5 pentru a limita costurile. Bobinele au 210 spire  d=1.2mm pentru a obtine tensiune de incarcare la turatii mici

Generator flux magnetic axial

Generator flux magnetic axial gen2

Constructia este inspirata de la generatoarele cu flux axial construite de Hugh Piggott. Solutia cu un singur disc este o solutie economica care se preteaza la o verticala de mici dimensiuni.

O mica demonstratie :

Notam cu :

  • Bg2  inductia in intrefier la un generator compus din doua discuri cu magneti
  • Bg1  inductia in intrefier la un generator compus  dintr-un singur disc cu magneti
  •    P1 puterea generata de generator compus  dintr-un singur disc cu magneti
  •    P2 puterea generata de generator compus din doua discuri cu magneti
  •    n1 numar magneti generator cu un disc
  •    n2 numar magneti generator cu doua discuri
  •    n2=2*n1

Bg2>Bg1 dar Bg2<2*Bg1 (vezi  imaginile) fapt ce implica :

Generator flux magnetic axial 1 disc Generator flux magnetic axial 2discuri

se poate construi un generator cu un disc la jumatate de pret  fata de cel cu doua discuri dar cu o putere mai mare decat jumatate din puterea celui cu doua discuri.

2*P1>P2 desi P2>P1 fapt ce implica :

doua generatoare cu un singur disc dispuse pe acelasi ax al turbinei genereaza mai multa putere decat un generator cu doua discuri (desi  se foloseste acelasi numar de magneti in ambele cazuri)

 

 

Acceleratie si forta centrifuga

Modulul calculeaza acceleratia si forta centrifuga ce actioneza asupra unei pale VAWT.

Pornind de la aceste valori se poate calcula sectiunea bratelor si structura palei.

 

Generator flux axial

Modul permite calculul unui generator cu flux axial  folosind magneti neodymium sau ferita

S-au folosit algoritmi de calcul folositi de :

Florin Tanase
https://sites.google.com/site/florintanasa/

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

VAWT Urban Green Energy

Inca un exemplu in care cerintele aplicatiei  gasesc optimul in turbinele VAWT.

Cei de la firma Urban Green Energy (UGE) au creat un rover polar. Rezistenta  la vanturi puternice si fiabilitatea la temperaturi scazute au facut din VAWT alegerea perfecta.

polar-rover1 polar-rover-2

 

Hoyi  o turbina cu soliditate mare si un randament cp ~ 0.2 .

http://www.urbangreenenergy.com/products/hoyi

vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

H-Rotor

h-rotor calculator

H-rotor Calculator : Modulul calculeaza TSR-ul la care se atinge puterea maxima  si randamentul unei turbine in fuctie de  parametri geometrici. Este o formula empirica folosita in dimensionarea primara a turbinei care nu tine cont de tipul de profil aerodinamic ales dar care aproximeaza suficient valorile obtinute cu Qblade pentru turbinele cu soliditate mica si medie

Putere VAWT

Modul calculeaza puterea mecanica generata la axul unei turbine eoliene

P = cp*1/2 * ρ * A * V3

cp= Randamentul turbinei
ρ = Densitate aer 1.22 Kg/m3
A = Aria turbinei in m2
V = Viteza vantului in m/s
P = Puterea generata in w

Valoarea obtinuta este pur orientativa reprezentand o valoare maxima teoretica .

Modulul de calcul foloseste urmatoarele randamente pentru turbine:

cp=18% pentru Savonius
cp=35% pentru Lenz2 
cp=40% pentru Darrieus

HAWT_and_VAWTs_in_operation_large
vawt, lenz2, c-rotor, darrieus, h-rotor, energie, eoliene, verticala, generator, altenator, turbina, dimensionare, energie, verde, ax, eoliana,eoliana orizontala, Magneti Permanenti, Neodym, ferita, hawt,Turbine Eoliene, Anemometre, Turbine Eoliene cu Ax Orizontal, Turbine Eoliene cu Ax Vertical

Un hibrid VAWT la superlativ !

Un hibrid VAWT la superlativ ! SKWID este o turbina eoliana verticala plutitoare  capabila să convertească două  surse inepuizabile  de energie.
Hibridul foloseste atat energia curenților oceanici cat si a vantului.
SKWID asigură generarea de energie electrică la costuri reduse cu
impact minim asupra mediului. Turbina Savonius avand o viteza mica de rotatie nu afecteza  mediul marin.

Japonezii de la MODEC au creat un hibrid VAWT offshore compus din doua rotoare. Un rotor Darrierus pentru a extrage energia eoliana si un rotor Savonius ce extrage energia curentilor maritimi cu rol de stabilizare a platformei plutitoare  si startup a turbinei Darrierus.

hibrid VAWT hibrid VAWT