ارزیابی اقتصادی و مقایسه عملکرد آیرودینامیکی توربین بادی اچ-شکل و وی-شکل در شهر زاهدان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس دانشکده مهندسی مکانیک

2 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس- گروه هوافضا

چکیده

در این تحقیق دو نوع توربین محور عمودی از منظر آیرودینامیکی و اقتصادی مورد ارزیابی قرار گرفته است. توربین‌های مورد استفاده دارای پره‌های صاف و مستقیم (اچ-شکل) و زاویه‌دار (وی-شکل) بوده که دارای مشخصات ابعادی برابری هستند. این مشخصات نیز متناسب با شرایط اقلیمی شهر زاهدان در نظر گرفته شده که و توزیع سرعت باد میانگین منطقه نیز مورد بررسی قرار گرفته است. برای ارزیابی آیرودینامیکی توربین‌ها از روش DMST استفاده شده است. نتایج این ارزیابی نشان داد که توان تولید شده در نوع وی-شکل بسیار کمتر از نوع اچ-شکل بوده که این موضوع ناشی از کاهش مساحت موثر توربین و همچنین کاهش گشتاور تولید شده توسط روتور آن است. از طرف دیگر گشتاور منفی هنگام راه‌اندازی در نوع وی-شکل به نسبت کمتر بوده و این موضوع باعث بهبود راه‌اندازی این توربین خواهد شد. از نظر اقتصادی نیز هزینه تولید انرژی متوسط سالیانه برای توربین وی-شکل حدود 10 دلار است، که نسبت به هزینه 66 دلاری نوع اچ-شکل کمتر بوده و آن ‌را برای کاربری‌های شهری مناسب می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Comparative Study of the Aerodynamic Performance and Economic Viability of H-Shaped and V-Shaped Wind Turbines in the Climate of Zahedan City

نویسندگان [English]

  • Sam Saham 1
  • Saeed Karimian Aliabadi 2
1 Tarbiat modares university
2 faculty of mechanical engineering in Tarbiat Modares university
چکیده [English]

In this research, two types of VAWT have been evaluated regarding both the aerodynamic or technical characteristics and also the economic attributes. The baseline turbines selected are a straight blade (H-shaped) turbine and an angled blade (V-shaped) turbine, which both have same dimension and volume. The scale and performance of the turbines are shown to be appropriate for the climatic conditions in Zahedan. The average wind speed distribution of the region has also been investigated. To comparing the power characteristics of these suggested turbines, an aerodynamic method called DMST, double multiple stream tube method, has been presented. Consequently, a MATLAB code has been developed which estimates the forces and moments in both up-wind and down-wind phases. The code is being firstly examined by a validation case, for which experimental data was available. The wind profile has been extracted based on averaging the velocity within 3 recent years. After a validation study on the code results, it was shown the specific trends could be easily drawn by the code. It also can be used for the aerodynamic evaluation of the modified turbines. The results showed that the power produced in the V-type was much less than the H-type, which is due to the reduction of the effective area of the turbine and also the reduction of the torque produced by the rotor. On the other hand, the negative torque during start-up in the V-type is relatively less than H-type machine and this issue will improve the starting phase of the turbine.in spite of lowering the power extracted in V-type system, but the capability of producing wind flow diversion, which can be used in ventilation purpose, is a significant advantage. From the economic point of view, the annual cost of producing regular energy for the V-type turbine is about 10 dollars, which is much lower than the 66-dollar cost of the H-type energy production. It seems using V-type turbines are at least suitable for many dry-weather regions of our country and many other small-scale applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vertical axis wind turbine
  • Aerodynamic performance
  • Economic evaluation