بهینه‌سازی چند هدفه عملکرد توربین بادی محور افقی سایز کوچک بر اساس الگوریتم ژنتیک با چیدمان غیرغالب II

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس ،تهران، ایران

2 کارشناسی ارشد هوافضا، گروه هوافضا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

هدف این پژوهش بازطراحی یک پره از روتور توربین بادی کوچک در طیف سرعت باد با معیارهای توام زمان راه اندازی و توان می‌باشد. مدلسازی آیرودینامیکی روتور و توربین باد با استفاده از تئوری اندازه حرکت المان پره، ارایه شده. با انتخاب الگوریتم ژنتیک چندهدفه بهینه‌سازی پره روتور توربین بادی انجام شده. توان خروجی و زمان راه اندازی از حالت سکون توربین باد اهداف بهینه‌سازی می‌باشند، توزیع زاویه پیچش و توزیع وتر متغیرهای طراحی هستند. محدوده تغییر پارامتر‌های طراحی همچنین سرعت بیشینه نوک پره به عنوان قید تعریف شده است. با تحقق بهینه‌سازی چند هدفه و بر مبنای نمودار پارتو می‌توان دریافت عموما با افزایش ضریب توان، مدت زمان راه اندازی توربین افزایش می‌یابد. در نهایت روی نمودار پارتو سه نقطه بهینه انتخاب شده که توزیع وتر و زاویه پیچش برای هر یک از این انتخاب‌ها محاسبه شده است. نتایج بهینه‌سازی توابع هدف نشان می‌دهد که با تغییرات اندکی در پیچش مقاطع و اندازه وتر، می‌توان به ارتقای ضریب توان به میزان حدود 9 درصد و بهبود زمان راه اندازی به میزان حدود 10درصد در شرایط نقطه مصالحه دست یافت

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Berg D., Johnson S. J. and Van Dam C. P. C., Active Load Control Techniques for Wind Turbines, Sandia Natl. Lab., no. July, 2008.
[2]   Soland T. H. S. T., Bachelor Thesis in Aeronautical Engineering Investigation of Different Airfoils on Outer Sections of Large Rotor Blades, 2012.
[3]   Selig M. S., Application of a Genetic Algorithm to Wind Turbine Design, vol. 118, no. March, pp. 22–28, 1996.
[4]  P. Giguère and M. S. Selig, Blade Geometory Optimization for the Design of Wind Turbine Rotors, Aiaa, No. 2000, p. 45, 2000.
[5]  Liu X., Chen Y. and Ye Z., Optimization model for rotor blades of horizontal axis wind turbines, Front. Mech. Eng. China, Vol. 2, No. 4, pp. 483–488, 2007.
[6]  Polat O. and Tuncer I. H., Aerodynamic shape optimization of wind turbine blades using a parallel genetic algorithm, Procedia Eng., Vol. 61, pp. 28–31, 2013.
[7]  D. A. Tavares Dias do Rio Vaz, J. R. P. Vaz, A. L. A. Mesquita, J. T. Pinho, and A. C. Pinho Brasil Junior, Optimum aerodynamic design for wind turbine blade with a Rankine vortex wake, Renew. Energy, Vol. 55, pp. 296–304, 2013.
[8]  Bavanish B. and Thyagarajan K., Optimization of power coefficient on a horizontal axis wind turbine using bem theory, Renew. Sustain. Energy Rev., Vol. 26, pp. 169–182, 2013.
[9]  Chehouri A., Younes R., Ilinca A. and Perron J., Review of performance optimization techniques applied to wind turbines, Appl. Energy, vol. 142, pp. 361–388, 2015.
[10] Lee M.-H., Shiah Y. C. and Bai, C.-J. Experiments and numerical simulations of the rotor-blade performance for a small-scale horizontal axis wind turbine, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., Vol. 149, pp. 17–29, 2016.
[11] Ebert P. R. and Wood D. H., Observations of the starting behaviour of a small horizontal- axis wind turbine, ~ Pergamon Renew. Energy, vol. 12, no. 3, pp. 245–257, 1997.
[12] Hampsey M. and Wood D.H., Designing small wind turbines for optimal starting and power extraction, Wind Eng., Vol. 23, pp. 15–21, 1999.
[13] Mayerb D. H. W. C., Bechlya M.E., Hampseya M., the Starting Behaviour of a Small Horizontal- Axis Wind Turbine, Renew. Energy, vol. 7, no. 3, pp. 411–417, 2001.
[14] Kale S. A. and Varma R. N., Aerodynamic Design of a Horizontal Axis Micro Wind Turbine Blade Using NACA 4412 Profile, Vol. 4, No. 1, pp. 3–6, 2014.
[15] Karthikeyan N., Kalidasa Murugavel K., Arun Kumar S., and Rajakumar S., Review of aerodynamic developments on small horizontal axis wind turbine blade, Renew. Sustain. Energy Rev., Vol. 42, pp. 801–822, 2015.
[16] Pourrajabian A., Nazmi Afshar P. A., Ahmadizadeh M.,and Wood D., Aero-structural design and optimization of a small wind turbine blade, Renew. Energy, Vol. 87, pp. 837–848, 2016.
[17] Yelmule M. M. and Vsj E. A., CFD predictions of NREL Phase VI Rotor Experiments in NASA / AMES Wind tunnel, Vol. 3, No. 2, 2013.
[18] Hand M. M. et al., Unsteady Aerodynamics Experiment Phase VI : Wind Tunnel Test Configurations and Available Data Campaigns Unsteady Aerodynamics Experiment Phase VI : Wind Tunnel Test Configurations and Available Data Campaigns, No. December, 2001.
[19] Peterson P. and C. P.D., Timber for High Efficiency Small Wind Turbine Blades, Wind Eng., Vol. 28, No. 1, pp. 87–96, 2004.