Dragonfly airfoil

Pentru o turbina VAWT cu c=120mm, TSR=1.6, v=7m/s valoarea  numarul lui numărul Reynolds (Re) este de 108555.

RE_VAWT

Un profil aerodinamic (airfoil) inspirat din sectiunea aripei de libelula ofera performante bune la acesta valoare a Re.

dragonfly

Dragonfly1

Pentru valori mici ale Re performantele profilului (airfoil) Dragonfly sunt comparabile cu un profil aerodinamic gen NACA.

Dragon Fly_Lift

In aceste conditii pentru o turbina de putere redusa care opereaza la viteze mici ale vantului se poate folosi profilul dragonfly cu un AOA de 12 grade pentru Cl max.

vawt, lenz2, savonius, darrieus, c-rotor, h-rotor,turbine eoliene cu ax vertical, energie verde, generatoar flux axial, wind turbines, vertical axis wind turbine, vawt, wind power, alternative energy, free energy, diy plans, eoliana, hawt

WWEA Small Wind & VAWT

Un studiu realizat de  WWEA  scoate in relief dominatia HAWT si rolul de nisa a a turbinelor eoliene verticale. Din 327 producatori de turbine eoliene de mica putere 74% ofera solutii HAWT,  18% solutii VAWT si 8% dezvolta ambele tipuri de turbine eoliene in conditiile in care majoritatea modelelor de eoliene cu ax vertical au fost dezvoltate în ultimii 10 ani.  Din 157 de modele de turbine eoliene verticale 75% din acestea au puteri sub 5Kw.

VAWT : puterea medie a turbinelor  eoliene cu ax vertical vandute este de 1.6 kW. In raportul din 2015 WWEA se remarca urmatorii producatori  de eoliene verticale care ofera  turbine bazate pe solutii  Savonius si  Darrieus .

VAWThttp://www.kliux.com/     turbina Savonius

VAWThttp://www.turbina.de/     turbina Savonius cu concentratori periferici

VAWT http://www.envergate.com/    turbina Darrieus cu pas variabil

VAWT old school

Eoliene verticale VAWT construite de Laboratorul de Cercetare a Utilizarii Energiei Vantului Brasov (LCUEV) in perioada 1980-1990.

vawt

Eoliana verticala construita de INCREST  ( Institutul National pentru Creatie Stiintifica si Tehnica ) montata la Sfântu Gheorghe .

VAWT : Eoliana Savonius cu geometrie variabila-Tehnium 1982

vawt savonius

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

 

Airfoil VAWT

O solutie eleganta de realizare a palelor pentru turbinele eoliene verticale VAWT care promite un cost si un timp de executie mai mic  decat folosirea poliesterilor armati. Palele se remarca prin :

  • masa scazuta
  • rezistenta crescuta
  • precizie dimensionala
  • calitatea suprafetei

airfoil

Inerjy VAWT

Cu o suprafata de 190 mp comparabila  cu 4N-55  turbina eoliana verticala  EcoVert™ 75 reuseste sa genereze 70 Kw la 11m/s  datorita palelor cu pas variabil . Turbina creata de Inerjy  este o demonstratie a superioritatii VAWT in mediu urban remarcanduse prin siguranta, silentiozitate, fiabilitate si o eficienta apropiata HAWT.

 

 

VAWT + Siemens = 4Navitas

Raportul Sandia din 2012  confirma ca designul turbinelor VAWT este de preferat pentru a mentine costuri minime de exploatare și întreținere pe durata de viață a unei turbine eoliene. Richard Fear, manager de dezvoltare a afacerilor pentru  Siemens este constient de potentialul turbinelor VAWT  si impreuna cu firma 4Navitas au creat turbina verticala 4N-55 care se remarca prin simplitate, cost de productie si mentenanta redus.
Turbina eoliana verticala cu un diametru de 14m si o lungime a palelor de 14m atinge 55Kw la 11m/s cu startup la 3 m/s.

VAWT : Profilul aerodinamic a palelor este NLF (Natural Laminar Flow)
Turbina este livrata in doua variante cu 3 respectiv 5 pale in functie de potentialul eolian al zonei.

VAWT

Simulare H-rotor in WindField : Qblade tutorial partea 6

H-rotor : 0data cu Qblade v0.9 acest lucru devine posibil. Simularea este pentru o turbina Hrotor D=1m, H=1.65m, c=0.15, soliditate 0.45, profil NACA 0021. h-rotor vawt in windfield

Turbina simulata : vawt  (se incarca in Qblade v0.9)

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

Qblade tutorial partea 5 : Definire „WindField” VAWT

Cu ajutorul lui Qblade este foarte usor sa calculam parametri operationali a unei turbine eoliene verticale VAWT H-Rotor. Dar calculul este realizat  pentru o viteza constanta de exemplu  7m/s caz in care rezultatele se apropie mai mult de rezultatele experimentale obtinute in tunelul de vant . Pentru ca rezultatele sa fie cat mai apropiate de masuratorile din teren a fost introdusa notiunea de „windfield”. Calculul turbinei se face acum pentru o viteza a vantului de 7m/s tinand cont de fluctuatiile de viteza generate de turbulente si efectele solului generand un „camp de vant”.

Wind Field

Hrotor + Savonius = skwid®

Foarte multa lume spune ca orizontalele sunt mai bune ca verticalele.
Dar adevarul este ca in functie de cerintele aplicatiei  se alege tipul de turbina.

Japonezii au inteles acest lucru si au creat un hibrid offshore compus din doua rotoare. Un  Hrotor 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.

La provocarea japonezilor europenii raspund cu Nenuphar

Qblade tutorial partea 4 : calcul performante turbina VAWT

Urmeaza calculul performantei turbinei VAWT. In fuctie de geometria turbinei si viteza vantului se calculeaza TSR, puterea generata de turbina, momentul la ax, randamentul turbinei , etc . Qblade genereaza familii de grafice pentru parametrii calculati atunci cand una din variabilele de intrare variaza in limite date (unghi de atac, viteza vantului, turatie)

qblade_calcul
In atasament se afla arhiva zip a fisierului cu extensie *.wpa ce poate fi incarcat in Qblade Este calculat un H-Rotor cu d=1.2m, h=1.65m, c=0.2m profil  du06-w-200-dt.
VAWT

Qblade tutorial partea 3 : definire parametri geometri turbina VAWT

Definarea parametrilor geometrici a unei turbine eoliene verticale VAWT se face foarte usor indiferent daca este vorba de o turbina Darrieus, Hrotor clasic sau elicoidal (Gorlov).
In prezentare va fi creat un rotor Hrotor si apoi transformat in rotor Gorlov cu urmatoarele caracteristici : D=1.1m, H=1m, c=0.2m, profil NACA0021, soliditate 0.54.

definirea turbinei

Geometria turbinei care poate fi incarcata in Qblade : Gorlov

Qblade tutorial partea 2 : calcul performante profil aerodinamic

In functie de profilul aerodinamic (airfoil) ales se calculeaza coeficientii de lift, drag si moment. Aceastia depind de unghiul facut de profil cu directia curentului de aer (alfa=unghi de atac AoA)  si numarul lui Reynolds

coeficienti profil aerodinamic

Pentru turbinele eoliene verticale VAWT de dimensiuni reduse  calculul RE se face conform formulei :

RE_VAWTCalcul RE pentru un profil aerodinamic
Pentru a calcula valoarea coeficientilor Qblade foloseste doua module :
1.  calcul coeficientilor aerodinamici  atunci cand unghiul AoA variaza intre -5….+25 grade
2.  calcul coeficientilor aerodinamici   atunci cand unghiul AoA variaza intre 0….360 grade (caz regasit in functionarea VAWT) extrapoland valorile calculate la punctul 1.

performanta airfoil

Qblade tutorial partea 1 : import airfoil

Qblade  este un software excelent pentru proiectarea turbinelor eoliene verticale VAWT. Primul pas in proiectarea unei turbine VAWT este definirea profilului aerodinamic al palei.

PROFIL AERODINAMIC

Softul contine un modul pentru definirea profilelor aerodinamice NACA. (ex: NACA0021). Secventa de comenzi este : VAWT Mode > Airfoil Design > Foil Naca Foils > campul „4 or 5 digits” se  completeaza cu „21” > OK

Pentru folosirea altor familii de profile aerodinamice se poate folosi airfoiltools pentru generarea de coordonate si importarea acestora in Qblade (ex:DU 06-W-200 ) Secventa de comenzi este : Se alege profilul aerodinamic din airfoiltools > se creaza un fisier cu ajutorul notepad care contine coordonatele copiate din airfoiltools  si se salveaza cu extensia „.dat” > Foil > Import Foil se alege fisierul generat cu notepad > OK

O colectie  de peste 1000 de profile aerodinamice in format „.dat” (Selig format dat file) care pot fi importate direct in Qblade :  profile_aerodinamice

Qblade_airfoil

H-ROTOR

O turbina eoliana verticala H-Rotor made in Ucraina  clasica:

diametru turbina H-ROTOR D=7.35m
inaltime turbina H=5m
putere de 20Kw la o viteza a vantului de 13m/s
amplasare generator la sol
inaltime turn 14,5m
turbina Savonius pentru start

 

H-ROTOR startup

Pentru turbinele eoliene verticale H-rotor soliditatea de ~0.3 aduce un CPmax =0.4 dar cu pretul unor performante foarte slabe referitor la startup. Cresterea soliditatii rezolva problema pornirii dar nu mai ofera un maxim de performanta. Legatura dintre CPmax, soliditate si startup este data de relatia empirica : TSR=(1.4/s)^(1/1.6)
https://vawt.ro/calcul-tsr/
https://vawt.ro/soliditatevawt/
Rezumand se poate spune ca :

  • o soliditate cuprinsa intre 0.35-0.5 ofera un TSR >2  si un randament maxim al turbinei
  • o soliditate intre 0.5-0.6 ofera un TSR scazut <2 dar un startup bun la viteze mici ale vantului la un CPmax acceptabil

O solutie H-rotor pentru a obtine un CPmax  si un startup bun este cea  oferita de Windspire.

Turbina verticala Windspire 4.0 are o soliditate marita la extremitatile palelor si o componenta drag datorita profilului aerodinamic „semideschis” care asigura startup-ul si o soliditate redusa pe restul lungimi palelor care asigura un CPmax mai bun decat folosirea solutiei cu un rotor Savonius plasat in centrul turbinei.

H-rotor Windspire 4.0

VAWT Offshore

In acest moment turbinele VAWT prezinta un interes deosebit pentru utilizarea offshore datorita a trei mari avantaje :

  • centru de greutate  pozitionat mai jos decat la HAWT (costuri mici pentru  structura aflata sub nivelul marii )
  • greutatea palei nu limiteza dimensiunea acesteia
  • performantele turbinei nu sunt afectate de schimbarile directiei  vantului

vawthawt

Proiectele lansate in Europa sunt :  Nenuphar ,  Aerogenerator SpinFloat si DeepWind.

Prototipul turbinei DeepWind  demonstreaza avantajul centrului de greutate amplasat mai jos decat la HAWT

Conceptul Aerogenerator  arata posibilitatea construirii unei turbine VAWT gigant

Proiectul Nenuphar este cel mai avansat cu un buget alocat imens.

VAWT2MW

Un alt proiect  VAWT de 6MW  offshore : SpinFloat

VAWT-6MW