Design and Practical lnvestigation of the Vertical Axis Wind Turbine in the Climatic Region of Zabol

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

 
مطالعه پیش رو به بررسی طراحی و استفاده از توربین های بادی محور عمودی برای استخراج نیرو در منطقه چاه نیمه زابل می پردازد. در استان سیستان و بلوچستان به دلیل گستردگی و موانع اقلیمی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می تواند به رفاه مردم کمک زیادی کند. با استفاده از داده های هواشناسی این استان، میانگین سرعت باد در منطقه چاه نیمه 6.4 متر بر ثانیه برآورد شده است. ابتدا 4 ایرفویل با بالاترین ضریب بالابر به درگ برای طراحی توربین بادی انتخاب و مورد مطالعه قرار گرفته است. با انتخاب بهترین ایرفویل از بین چهار ایرفویل مورد بررسی، یک توربین بادی با 3 اندازه تیغه و شعاع روتور مختلف طراحی کرد. توربین بادی که با طول پره 3 متر و شعاع روتور 1.5 متر طراحی شده است بهترین عملکرد را دارد. توربین بادی محور عمودی در 4 مدل با تعداد پره های 3، 5، 7 و 9 مورد بررسی قرار گرفته است. از بین توربین های بادی مورد بررسی، بهترین توربین بادی با 7 پره انتخاب شد. کاهش سرعت باد قبل از پره ها تحت تأثیر سالیدیته توربین بادی است. مطالعه اگزرژی توربین بادی برای بررسی اثرات محیطی مانند رطوبت و دما بر عملکرد توربین های بادی در منطقه آب و هوایی زابل مورد استفاده قرار گرفته است. راندمان اگزرژی توربین بادی 3 پره و 7 پره طراحی شده برابر با 45 و 75 درصد است که تأثیر دما و رطوبت نسبی را بر راندمان توربین بادی در یک منطقه آب و هوایی نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Abedi, S., Ebrahiminia, D.,"Assessment of renewable energy potential in Sistan and Baluchistan province", Solar, Wind, Geothermal, and Bioenergy Sources, Vol. 2, No. 4, pp. 353-367, 2023, http//doi.org/10.22059/ses.2024.373293.1064
[3] Bourhis, M., Pereira, M., Ravelet, F.,"Experimental investigation of the effects of the Reynolds number on the performance and near wake of a wind turbine", Renewable Energy, Vol. 209, pp. 63-70, 2023, https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.03.093.
[4] Madasamy, S.K., Rajab, V., Albonsrulah, H., Albaheayni, M.,"Design, development and multi-disciplinary investigations of aerodynamic, structural, energy and exergy factors on 1 kW horizontal-axis wind turbin", International Journal of Low-Carbon Technologies, Vol. 17, pp. 1292-1318, 2022, https://doi.org/10.1093/ijlct/ctac091.
[5] Ranjbar, M.H., Zanghanekiya, H., Nasrazadani, S,A., Gharali, K., Nathwani,J., "Experimental and numerical investigations of actuator disks for wind turbines", Energy Science&Engineering, Vol .8, pp. 2371-2386, 2020, http://dx.doi.org/10.1002/ese3.670.
[6] Tarighi, j., "Analysis of wind flow of cross-axis wind turbine in Ansys Fluent software and its comparison with vertical axis wind turbine", Jornal of Environmental Sciences Studies, Vol. 7, No. 4,
pp. 5605-5614, 2022, https://doi.org/10.22034/jess.2022.342987.1789.
[7] Antar, E., Elkhoury, M.,"Casing optimization of a savonius wind turbine", Energy Reports, Vol. 6, pp. 184-189, 2020, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.08.040.
[8] Koca, K., Genc, M., "Identification of flow phenomena over NACA 4412 wind turbine airfoil at low Reynolds numbers and role of laminar separation bubble on flow evolution", Energy, Vol. 144, pp. 750-764, 2018, https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.045.
[9] Rogowski, K., Królak, G ., Bangga, G., "Numerical study on the aerodynamic characteristics of the NACA 0018 airfoil at low Reynolds number for Darrieus wind turbines using the transition SST model, Processes, Vol. 9, p. 477, 2021, https://doi.org/10.3390/pr9030477.
[10]  Erfani, M., et al., "Tourism positioning using decision support system (case study: Chahnime—Zabol, Iran)", 040 Environmental Earth Sciences, Vol. 74, pp. 3135-3144, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.08.040.
[11]  Roslan, S.A.H., Rasid, Z.A., Ehsan, A.K.A.M., "The aerodynamic performance of the small-scale wind turbine blade with NACA0012 airfoil", CFD Letters., Vol. 14, pp. 87-98, 2022, https://doi.org/10.37934/cfdl.14.10.8798.
[12]         Shahbazi, R., Kouravand, S., Hassan-Beygi, R., "Analysis of wind turbine usage in greenhouses: wind resource assessment‏, distributed generation of electricity and environmental protection", Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol. 45, pp. 1-2, 2019, http://dx.doi.org/10.1080/15567036.2019.1677810.
[13]         Aghbashlo, M., Tabatabaei, M., Hosseini, S, S., Dashti, B.B., Soufiyan, M.M., "Performance assessment of a wind power plant using standard exergy and extended exergy accounting (EEA) approaches", Journal of Cleaner Production, Vol. 171, pp. 127-136, 2018, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.09.263.
[14]  Brusca, S., Lanzafame, R., Messina, M., "Design of a vertical-axis wind turbine: how the aspect ratio affects the turbine’s performance", International Journal of Energy and Environmental Engineering, Vol. 5, pp. 333-340, 2014,http://dx.doi.org/10.1007/s40095-014-0129-x.
[15] Nugroho, S., Diana, L., Ariyanti, D.P., "Multistage Wind turbine capability to the rotor axial distance changes. International Electronics Symposium (IES)", IEEE, 2019, http://dx.doi.org/10.1109/ELECSYM.2019.8901579
[16]         https://civilica.com/doc/1275445.
[17]         Mirafzali, S.M.B., A.H., "Investigating the energy absorption quality of the porous Schwarz P structure made by 3D printing method", Iranian Journal of Engineering, Vol. 9, No. 2, pp. 13-20 (in Persian), 2023, https://www.doi.org/10.22034/IJME.2023.383269.174.
[18]Asgari, E., Ehyaei, M., "Exergy analysis and optimisation of a wind turbine using genetic and searching algorithms", International Journal of Exergy, Vol. 16, No. 3, pp. 293-31, 2015, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.01.
[19] Ozgener, O., Hepbasli, A., "Experimental performance analysis of a solar assisted ground-source heat pump greenhouse heating system", Energy and Buildings., Vol. 37(1), pp. 101-110, 2005, http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.06.003.
[20] Baskut, O., Ozgener, O., Ozgener, L.,"Effects of meteorological variables on exergetic efficiency of wind turbine power plants", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 14. No. 9, pp. 3237-3241, 2010, https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.01.047.
[21] Source: Zhang, Z., Pate, M. B., ASHRAE Transactions, Vol . 94 , Pt. 1, 1988.
[22]Dano, L.A., Angelo, L., Abuan, B., Howell, R., "Design analysis of a horizontal axis tidal turbine", Asian Wave and Tidal Conference, 2016, https://www.researchgate.net/publication/309731963_Design_Analysis_of_a_Horizontal_Axis_Tidal_Turbine.