بررسی عوامل موثر بر عملکرد توربین بادی ساونیوس

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

2 استادیار پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

3 دانشیار، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

4 استادیار، دانشکده فنی کاسپین ، دانشگاه تهران، رضوانشهر، ایران

10.52547/jrenew.10.2.192

چکیده

امروزه از میان منابع انرژی پاک، انرژی باد بیشتر مورد توجه قرار گرفته و ظرفیت نیروگاه‌های بادی دنیا در حال افزایش است. به ویژه، طراحی و ساخت توربین‌های بادی کوچک دستمایه بسیاری از تحقیقات بوده است. دراین مقاله، به توربین باد ساونیوس که یکی از انواع مورد توجه توربین‌های بادی محورعمودی است، پرداخته شده است. نخست، قواعد و اصول مکانیکی حاکم بر کارکرد این توربین شرح داده می‌شود. سپس معیارهای تعیین بازدهی و عملکرد این توربین مانند ضریب توان و ضریب گشتاور بیان می‌شود. در ادامه، عوامل هندسی و فنّی موثر بر بازدهی آن مانند نسبت همپوشانی، تعداد پره‌ها، تعداد طبقات، قطر شفت، زاویه‌ی پیچش و نصب صفحات انتهایی نیز مطرح و اثر آنها بحث خواهد شد. مبنای این تحقیق مراجعی بوده که در تلاش برای بهبود عملکرد این نوع توربین بوده‌اند. همچنین، برخی طرح‌های خلاقانه که به منظور بهبود عملکرد توربین ساونیوس پیشنهاد شده با اشاره به نتایج تجربی و شبیه‌سازی عددی آنها عنوان شده‌است. چنین طرح‌هایی بیشینه‌ی ضریب توان را تا 38 درصد افزایش داده و در عین حال ساختار توربین را پیچیده‌تر می‌کنند. برخی از این طرح‌های نوآورنه نیز در پایان بررسی خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Futureofwind deploymen, tinvestment, technology, grid integration and socio-economic aspects and I.R.E.A. (A Global Energy Transformation paper), Abu Dhabi, 2019.
[3] Renewable Energy Market Update 2021 / Renewable electricity / Renewables deployment geared up in 2020.
[4] Kang, Can, Haixia Liu, and Xin Yang, Review of fluid dynamics aspects of Savonius-rotor-based vertical-axis wind rotors, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.33, pp. 499-508, 2014 .
[5] M. H. Ali, Experimentalcomparison study for Savonius wind turbine of two & three blades at low wind speed,International Journal of Modern Engineering Research (IJMER),Vol. 3, No. 5,pp. 2978-2986, 2013.
[6] J. L. Menet, N. Bourabaa, Increase in the Savonius rotors efficiency via a parametric investigation, In European Wind Energy conference & exhibition, pp. 22-25. 2004.
[7] G. Santiago, W. Hernandez, A. C. Costa de Araujo,M. Rosa, M. González, Application of product development process (PDP) in the construction of vertical axis wind turbine with movable blades, 21st International Conferenceon Engineering Design, ICED17, pp. 429-438, 2017.
[8] B. F. Blackwell, R. E., Sheldahl, L. V., Feltz, Wind Tunnel Performance Data for Two- and Three Bucket Savenius Rotors, SAND 76-0131, pp. 1-107, 1977.
[9] J. V. Akwa, G. A. Júnior, A. P. Petry, Discussion on the verification of the overlap ratio influence on performance coefficients of a Savonius wind rotor using computational fluid dynamics, Renewable Energy, Vol. 38, pp. 141-149, 2012.
[10] M. Ebrahimpour, R. Shafaghat, R. Alamian, M. Safdari Shadloo, Numerical Simulation of Savonius Vertical Axis Wind Turbine and Evaluation of the Effect of Horizontal Overlap Parameter on its Performance, Journal of Soft Computing and Information Technology, Vol. 6, No. 2, pp.40-50, 2018.
[11] R. Hassanzadeh, M. Mohammad Nejad, Effect of Overlapping Size on the Performance of the Savonius Wind Turbine, in Both Conventional and the Bach-Type Models, Modares Mechanical Engineering, Vol. 19, No. 11, pp. 2599-2606, 2019. (in Persian)
[12] U. K. Saha, S., Thotla, D. Maity, Optimum design configuration of Savonius rotor through wind tunnel experiments, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 96, No. 8-9, pp. 1359-1375, 2008.
[13] N. J., Roth, A Prototype Design and Performance of the Savonius Rotor Based Irrigation System, MSc Thesis, University of Brithish Columbia, 1982.
[14] M. A. Kamoji, S. B. Kedare, S. V. Prabhu, Experimental investigations on single stage modified Savonius rotor, Applied Energy, Vol. 86, pp. 1064-1073, 2009.
[15] N. H. Mahmoud, A. A. El-Haroun , E. Wahba, M. H. Nasef, An experimental study on improvement of Savoniusrotor erformance, Alexandria Engineering Journal, Vol. 51, pp. 19-25, 2012.
[16] P. Chaisiriroj, N. Tinnachote, S. Usajantragul, T. Leephakpreeda, Experimental Performance Investigation of Optimal Vertical Axis Wind Turbines under Actual Wind Conditions in Thailand, Energy Procedia, Vol. 138, pp. 651-656, 2017.
[17] K. K. Sharma, R. Gupta, A. Biswas, Performance Measurement of a Two-Stage Two-Bladed Savonius Rotor, International Journal of Renewable Energy Research, Vol. 4, No. 1, pp. 115-121, 2014.
[18] L. B. Kothe, A. P. Petry, Numerical and Experimental Study of a Two-Stage Savonius Wind Turbine, Engenharia Térmica, Vol. 18, No. 2, p. 52-61, 2019.
[19] J. H. Lee, Y. T.Lee, H. C.Lim, Effect of twist angle on the performance of Savonius wind turbine, Renewable Energy, Vol. 89, pp. 231-244, 2016.
[20] H. Jang, I. Paek, S. Kim, D. Jeong, Performance Prediction and Validation of a Small-Capacity Twisted Savonius Wind Turbine, Energies, pp. 1-12, 2019.
[21] J. V. Akwa, A. V. Horacio, A. P. Petry, A review on the performance of Savonius wind turbines, Renewable and sustainable energy reviews, Vol. 16, No. 5, pp. 3054-3064, 2012.
[22] J. L. Menet, Aerodynamic Behaviour of a New Type of Slow-Running VAWT, In: Peinke, J., Schaumann, P., Barth, S. (eds) Wind Energy. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-33866-6_43, 2007.
[23] S. Golabi, S. A. Hosseini, M. Akhavan Hejazi, H. Zameni, Numerical study of optimal design and construction of Savonius wind turbines, 6th Anuual Clean Energy Conference, 2019. (in Persian)
[24] M. Jamil, S. H. Rasouli, Experimental & Numerical Study on an Advanced Vertical Axis Savonius Rotor, Journal Of Applied and Computational Sciences in Mechanics, Vol. 22, No. 1, pp. 77-94, 2011. (in Persian)
[25] H. Khosravi, M. Amani, F. Arkian, A. H. Eshraghi, Analysis of advanced Savonius wind turbine by FLUENT software and its comparison with the results of experiments in wind tunnels, The first international air conditioning conference and thermal and refrigeration facilities, 2015. (in Persian)
[26] S. Sharma, R. K. Sharma, Performance improvement of Savonius rotor using multiple quarter blades – A CFD investigation, Energy Conversion and Management, Vol. 127, pp. 43-54, 2016.
[27] M. Tartuferi, V. D'Alessandro, S. Montelpare, R. Ricci,Enhancement of Savonius wind rotor aerodynamic performance: a computational study of new blade shapes and curtain systems, Energy, Vol. 79, pp. 371-384, 2015.
[28] M. H.Mohamed, F. Alqurashi, D. Thévenin, Performance enhancement of a Savonius turbine under effect of frontal guiding plates, Energy Reports, Vol. 7, pp. 6069-6076, 2021.
[29] V. Etmadeasl,R. Esmaeilnajad, B. Farzaneh, M. Jafari, Application of Guide Blades for Improving the Performance of Savonius Wind Turbines,Journal of Energy Engineering & Management,Vol. 11, No. 2, pp. 116-127, 2021.
[30] P. M. Kumar, K. Sivalingam, S. Narasimalu, T. C. Lim, S. Ramakrishna, and H. Wei, A review on the evolution of darrieus vertical axis wind turbine: Small wind turbines, Journal of Power and Energy Engineering, Vol. 7, No. 4, pp. 27-44, 2019.
[31] R. Gupta, R. Das, K. K. Sharma, Experimental study of a Savonius-Darrieus wind machine, in Proceedings of the International Conference on Renewable Energy for Developing Countries, University of Columbia, Washington DC, 2006.
[32] R. Gupta, A. Biswas, K. K. Sharma, Comparative study of a three-bucket Savonius rotor with a combined three-bucket Savonius–three-bladed Darrieus rotor, Renewable Energy, Vol. 33, No. 9,pp. 1974-1981, 2008.
[33] S. Bhuyan, A. Biswas, Investigations on self-starting and performance characteristics of simple H and hybrid H-Savonius vertical axis wind rotors,Energy Conversion and Management,Vol. 87, pp. 859-867, 2014.
[34] A. Roshan, M. Maghrebi, Performance improvement of hybrid Darrieus-Savonius wind turbine, Journal of Solid and Fluid Mechanics, Vol. 6, No. 3, pp. 195-212, 2016. (in Persian)