Aerodynamic and hydrodynamic investigations on upscaling effects and optimization of offshore wind turbines
Açık deniz rüzgar türbinlerinin yukarı ölçeklendirme etkileri ve optimizasyonu üzerine aerodinamik ve hidrodinamik araştırmalar
- Tez No: 987608
- Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. ELİF OĞUZ, Assoc. Prof. Dr. NİLAY SEZER UZOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Rüzgar enerjisi, Wind energy
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geleneksel fosil yakıtların kıtlığı ve emisyon sorunları, son on yılda yenilenebilir enerjiye hızlı bir geçişe neden olmuştur. Yenilenebilir enerjinin en ucuz ve en gelişmiş biçimlerinden biri olan rüzgar enerjisinin enerji piyasasına öncülük etmesi beklenmektedir. Yukarı ölçeklendirilmiş rüzgar türbinlerinin rotor boyutu, güç üretimini arttırdığından ve rüzgar türbinlerinin işletim ve bakım maliyetlerini önemli miktarda azalttığından, son zamanlardaki eğilim daha büyük rüzgar türbinleri geliştirmektir. Ancak, ulaşım sorunları nedeniyle karadaki rüzgar türbinlerinin tasarımında katı sınırlamalar vardır. Gürültü sorunları, arazi kullanımı ve arazi pürüzlülüğünün rüzgar hızının dikey dağılımı üzerindeki etkileri ile birlikte açık deniz (deniz üstü) rüzgar enerjisi daha popüler hale gelmiştir. Bu çalışma, yüzer açık deniz (deniz üstü) rüzgar türbinlerinin yukarı ölçeklendirilmesinin aerodinamik ve hidrodinamik etkilerini araştırmayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, OC4DeepCwind yarı-batık yüzer platform üzerinde 20 MW'a kadar NREL 5 MW, IEA 10 MW ve IEA 15 MW'ın ölçek büyütme süreci sunulmuş ve performansları karşılaştırılmıştır. Yukarı ölçeklendirilmiş türbinlerin performansını artırmak için, HARP_Opt aracılığıyla çok amaçlı bir Genetik Algoritma (GA) ile birleştirilmiş pala elemanı momentum teorisini kullanan bir aerodinamik optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, optimize edilmiş kanadın kompozit tüm cam yerleşimi, Co-Blade'de Klasik Laminasyon Teorisi (CLT) ile analiz edilmiştir. Açık kaynaklı kod OpenFAST, yüzer platformlardaki hidrodinamik yük ile birlikte rotor ve kule üzerindeki aero-elastik etkileri analiz etmek için kullanılmaktadır. Sonuçlar yukarı ölçeklendirmenin uygulanabilir ve faydalı olduğunu göstermektedir. Yukarı ölçeklendirme, tüm serbestlik derecelerinde (DoF) doğal periyodu artırır ve FOWT'nin dinamik davranışlarını azaltır, bu da referans türbinlerle aynı dalga uyarımı altında daha az hareketle sonuçlanır. Yukarı ölçeklendirme ile ayrıca üretilen gücü arttırdığında gösterildi ve yukarı ölçeklendirilmiş kanadın optimizasyonu, türbinlerin performansını ihtiyatlı tahminle iyileştirdi. Kanat uzunluğunun doğrusal ölçeklendirme kuralından daha fazla artırılması ile ölçeği yükseltilmiş türbinlerin etkilerini azaltmak mümkün olabilmektedir.
Özet (Çeviri)
Scarcity and emission issues of conventional fossil fuels have caused a fast shift to renewable energy over the last decades. Wind energy, as one of the cheapest and most advanced forms of renewable energy, is expected to lead the energy market. A recent trend is to develop bigger wind turbines since upscaled wind turbines' rotor size increases power production and reduces a significant amount of operational and maintenance costs of wind turbines. However, there are strict limitations to the design of onshore wind turbines due to transportation issues. Together with noise problems, land usage, and terrain roughness' effects on the vertical distribution of wind speed, offshore wind energy has become more popular. This study aims to investigate the aerodynamic and hydrodynamic effects of upscaling floating offshore wind turbines. For this purpose, upscaling process of NREL 5 MW, IEA 10 MW, and IEA 15 MW atop the OC4DeepCwind semi-submersible floating platform up to 20 MW is presented, and their performances are compared. To enhance the performance of the upscaled turbines, an aerodynamic optimization using the Blade Element Momentum theory coupled with a multi-objective Genetic Algorithm (GA) via HARP_Opt is carried out. Also, composite all glass layup of the optimized blade is analyzed with Classic Lamination Theory (CLT) in Co-Blade. The open-source code, OpenFAST, is used to analyze both the aero-elastic effects on the rotor and tower, coupled with the hydrodynamic load on the floating platforms. The results show that upscaling is feasible and beneficial. Upscaling increases the natural period in all degrees of freedom (DoF) and reduces the dynamic responses of the FOWT, which results in less movement under the same wave excitation as the baselines. Upscaling also increases the generated power, and optimization of the upscaled blade conservatively improves the performance of the turbines. Further increasing of blade length more than linear scale is needed and recommended to reduce the conservative effects of the upscaled turbines.
Benzer Tezler
- Gemilerin manevra denklemlerinin bilgisayarla çözümü
The Solutions of equations of ship manoeuvres by the computer
EMİN KORKUT
- Eksenel gaz türbini kanat ucu geometrisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile aerotermal tasarımı
Aerothermal design of axial gas turbine blade tip using computational fluid dynamics
CEM BERK ŞENEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Investigation of scale effects in sailing yacht hydrodynamic testing
Yelkenli tekne hidrodinamik deneylerinde ölçek etkilerinin incelenmesi
AHMET ZIYA SAYDAM
Doktora
İngilizce
2013
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA İNSEL
- Yatların salma karakteristiklerinin deneysel sayısal ve ampirik metodlarla incelenmesi ve karşılaştırılması
Investigation and comparison of sailing yacht keel characteristics through experimental numerical and empirical methods
AHMET ÖZKAN MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. YÜCEL ODABAŞI
- Investigation of new type wave energy converter systems
Yeni tip dalga enerjisi dönüştürücü sistemlerinin incelenmesi
MURAT BARIŞ MANDEV
Doktora
İngilizce
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK