بخشی از مقاله
چکیده
محدودیتهای برقرسانی و تأمین سوخت برای مناطق دورافتاده، استفاده از انرژی باد و سایر منابع انرژی تجدیدپذیر را توجیه میکند. هزینههای پایین تولید انرژی از طریق باد به عنوان یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر عامل مهمی بودهاست تا بسیاری از کشورهای جهان به فکر ساخت توربینهای بادی بزرگ و کوچک بیفتند و تلاشهای تحقیقاتی گستردهای برای بهبود تکنولوژی تولید برق از طریق باد انجام شود. امروزه خیلی از مزارع کشاورزی دور از خطوط و منابع انرژی قرار دارند، بنابراین نیاز به تولید انرژی در محل داریم. توربینهای بادی راه حل امیدبخشی را برای مناطق دور از شبکه عرضه میکنند.
توربینهای بادی محور عمودی توانایی تولید برق در مقیاس بزرگ را ندارند، اما برای تولید انرژی در مکانهایی که دور از خطوط توزیع اصلی قرار دارند، واحدهای پراکنده تولید در مقیاس کوچک ترجیح داده میشود. در این مقاله به طور خلاصه به مطالعه روشهای مدلسازی آئرودینامیک توربینهای بادی محور عمودی پرداخته و یک نمونه توربین بادی محور عمودی با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی، شبیهسازی شدهاست. شبیهسازی به صورت دو بعدی با استفاده از مدل توربولانسی k- SST و به کمک الگوریتم PISO انجام شد. نتایج نشان داد که شبیهسازی دو بعدی با حداکثر اختلاف 12 درصدی در نسبت سرعت نوک 2/5، از دقت مناسبی در مقایسه با نتایج تجربی برخوردار است.
مقدمه
با توجه به کاهش ناگهانی سوختهای فسیلی به عنوان منابع متعارف انرژی، افزایش قیمت، تأثیر مخرب بر محیط زیست، محدودیتهای برقرسانی و تأمین سوخت برای مناطق دورافتاده، تقاضا برای منابع انرژی تجدیدپذیر روز به روز افزایش یافتهاست . - Tummala et al., 2016; Lenug and Yung, 2012 - استفاده از انرژی باد دارای پیشینه طولانی میباشد. در ابتدا بشر از انرژی باد برای آسیاب کردن غلات و پمپاژ آب از چاه توسط آسیابهای بادی استفاده میکرده است.
امروزه خیلی از مزارع کشاورزی دور از خطوط و منابع انرژی قرار دارند، بنابراین نیاز به تولید انرژی در محل میباشد. توربینهای بادی محور عمودی راه حل امیدبخشی را برای مناطق دور از شبکه عرضه میکنند. به طور کلی توربینهای بادی از نظر محور دوران به دو دوسته محور افقی 1 و محور عمودی2 تقسیمبندی میشوند. توربینهای محور عمودی خود به دو دسته توربین های محور عمودی بر پایه نیروی لیفت3و توربینهای محور عمودی بر پایه نیروی درگ4 نیز تقسیمبندی میشوند . - Mahale et al., 2015 - اولین توربین بادی مورد استفاده بشر در منطقه سیستان نصب شدهاست .
- Spera, 2009 - توربین ساونیوس5 توربین محور عمودی بر پایه نیروی درگ است که توسط طراح فنلادی آن سیگارد جوهان ساونیوس در سال 1922 اختراع شد. این توربین در حالت کلی از دو بخش مقعر و محدب - شکل - 1 تشکیل شدهاست. نحوه عملکرد توربین به این صورت است که باد نیرویی را در جهت خود به پرههای توربین وارد میکند، علت چرخش روتور این است که نیروی درگ باد در بخش مقعر از بخش محدب بیشتر است . - Tilham, 2011; Bhutta et al., 2012 -
توربین داریوس6 توربین محور عمودی بر پایه نیروی لیفت است که توسط ژان ماری داریوس در سال 1931 اختراع شد. نحوه عملکرد توربین به این صورت است که شکل ایرفویل7 یا مقطع عرضی پره باعث میشود که سرعت جریان سیال در قسمت بالای ایرفویل از قسمت پایین بیشتر باشد، بنابراین طبق قانون برنولی فشار در قسمت بالا کم و در قسمت پایین بیشتر و باعث ایجاد لیفت به سمت بالا و چرخش روتور میشود. برآیند سرعت باد و سرعت هوای ناشی از چرخش روتور که اصطلاحا سرعت نسبی نامیده میشود، عامل چرخش ایرفویل میباشد - شکل . - Óskarsd¼ttir, 2014; D'Ambrosio and Medaglia, 2010 - - 2
توربینهای محور عمودی دارای دارای مزایا و معایبی میباشند. یکی از مزایای مهم توربینهای بادی محور عمودی این است که به دلیل عدم وابستگی به جهت باد ورودی به سیستم کنترل یاو1 که روتور را مانند توربینهای محور افقی در راستای جهت جریان باد قرار میدهد نیاز ندارند . - Burton et al., 2001 - اما مهمترین عیب توربینهای محور عمودی راندمان بسیار پایین آنها میباشد - شکل - 3، از مقایسه حداکثر توان تولیدی توربین داریوس و ساونیوس با حد بتز، ضعف راندمانی این توربینها آشکار میشود.
