Turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu – numeryczne modelowanie pracy

Ciekawą alternatywą dla turbin wiatrowych o poziomej osi obrotu są turbiny o osi pionowej, które charakteryzują się cichą pracą w szerokim zakresie prędkości wiatru i pracują niezależnie od jego kierunku. Z uwagi na liczne zastosowania w energetyce rozproszonej (instalacjach małej mocy) bardzo istotne staje się projektowanie turbin tak, aby zapewnić maksymalną sprawność i możliwość pracy przy relatywnie niskich prędkościach wiatru. Użyteczną metodą optymalizacji geometrii turbiny na wczesnym etapie projektowania prototypu jest obliczeniowa mechanika płynów (CFD), umożliwiająca skrócenie procesu projektowania oraz obniżenie kosztów. W ramach niniejszej pracy omówiono zagadnienia teoretyczne związane z różnymi aspektami energetyki wiatrowej. Przeprowadzono krótki przegląd literatury w zakresie wykorzystania obliczeniowej mechaniki płynów w podobnych pracach. Zasadniczą część pracy stanowi analiza wariantowa wybranych parametrów dwóch turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu, charakteryzujących się różną geometrią. Na podstawie wyników obliczeń i przedstawionych zagadnień teoretycznych opracowano wnioski dotyczące relacji pomiędzy wybranymi parametrami turbin wiatrowych oraz zestaw zaleceń konstrukcyjnych.

---

Vertical axis wind turbines (VAWT) are very interesting alternative to more popular horizontal axis wind turbines (HAWT). VAWT are characterized by relatively quiet operation as well as possibility to operate independent of airflow direction. Moreover, this type of turbines uses efficiently wide range of wind velocity. Due to increasing popularity of distributed generation (low-power devices) it is crucial to design wind turbines providing maximal efficiency of energy conversion as well as possibility to operate in conditions of relatively low wind velocity. On the early stage of development of the prototype, a useful method to optimize the geometry is computational fluid dynamics (CFD), which allows the companies shorten the time of design and reduce the costs. In the thesis theoretical issues related with various aspects of wind energy were described. Literature and papers devoted to application of the CFD simulation of wind turbines were briefly discussed. The main part of the thesis is variant analysis of two designs of vertical axis wind turbines. Based on the results of the computation, analysis of the selected parameters were performed, and finally the conclusions were drawn. Furthermore, set of design recommendations have been developed.