تحللیل ایرودینامیک و تحلیل اکسرژی توربین های بادی

عملکرد ایرودینامیکی توربین باد نقش مهمی در ضریب قدرت آن دارد. این در حالی است که توجیه اقتصادی و سادگی ساخت به همان اندازه حائز اهمیت هستند. در اینجا با استفاده از تئوری نواری (bem) و روابط تجربی گلوئرت یک برنامه کامپیوتری استخراج شد. با استفاده از این برنامه کامپیوتری اثر پارامترهای سینماتیکی و هندسی روتور روی عملکرد توربین باد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. شایان ذکر است برای این منظور دو پارامتر ضریب قدرت محلی(یعنی سهم هر المان از ضریب قدرت کل) و بازده ی المانی تعریف شد. در نتیجه ناحیه ای از پره که بیشترین سهم را از ضریب قدرت کل دارد تعیین گردید. بعلاوه یک روش تحلیلی به منظور تعیین بازده ی مجاز تغییرات زاویه ی پیچ برای سرعت های نوک مختلف ارائه گردید. در واقع حد بالا و پائین زاویه ی پیچ برای شرایط عملکردی مختلف توربین باد تعیین شد. همچنین رابطه ضریب قدرت تجربی ویلسون به منظور بررسی اثر نسبت ضریب لیفت به درگ و تعداد پره روی ضریب قدرت مورد تحلیل قرار گرفت. به منظور انجام این تحلیل کد الگوریتم ژنتیک در محیط نرم افزار متلب نوشته شد. نتایج حاصل از این تحلیل با نتایج حل دقیق صحت سنجی گردید و تحلیل به شرایط دیگر بسط داده شد و نتایج قابل ملاحظه-ای در خصوص حد بالای نسبت ضریب لیفت به درگ و نسبت سرعت نوک متناظر با آن برای ماکزیمم شدن ضریب قدرت بدست آمد. هدف اصلی از تحلیل ایرودینامیکی در اینجا بدست آوردن ضریب قدرت برای شرایط عملکردی مختلف می-باشد. پس از نائل شدن به این امر در واقع قدرت خروجی توربین باد به صورت یک برنامه کامپیوتری در دسترس می باشد. حال با داشتن قدرت خروجی می توان تحلیل اکسرژی را انجام داد. به منظور تحلیل اکسرژی نیاز به دانستن تغییرات دما و سرعت باد در صفحه روتور می باشد. برای حل این مسئله توربین باد در نرم افزار فلوئنت به صورت دو بعدی و سه بعدی مدل گردید. در نهایت کد برنامه نویسی بدست آمد که توسط آن اثر پارامترهای مختلف روی بازده ی انرژی و اکسرژی توربین باد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در آخر با در دست داشتن داده های سرعت باد در هر ده دقیقه در طول یک سال، الگوریتمی استخراج شد که ضریب قدرت ،بازده ی انرژی و اکسرژی توربین باد را در طول یک سال بدست می آورد. نتایج حاصل از این الگوریتم بینش خوبی درخصوص پتانسیل بادی ناحیه در ماه های مختلف سال و بویژه در استفاده از سیستم های ترکیبی در اختیار ما قرار می دهد.