Modello numerico e ottimizzazione energetica di una turbina eolica ad asse verticale e calettamento variabile

The aim of the following thesis work consists in the implementation of a numerical model able to simulate the performance of a wind turbine with vertical axis, and to derive the law of optimal pitch that maximizes the power coefficient of the machine by means of genetic algorithm. The model chosen is DMS, based on the principle of conservation of momentum, and has been corrected with sub-models that simulate reality effects: finite length of the blade, dynamic stall, expansion of the flow tubes. The pitch law found was appropriately modified to comply with the technical constraints imposed by motor. Finally, note the performance of the wind turbine with fixed pitch and variable pitch, suggested a site by distributing wind known, has analyzed the producibility energy and the economic profitability of the machines, varying the main influencing factors: the initial investment, the value of the incentive, the equivalent hours.

L’obiettivo del seguente lavoro di tesi consiste nell’implementazione di un modello numerico in grado di simulare le prestazioni di una turbina eolica ad asse verticale, e di ricavare la legge di calettamento ottimale che massimizza il coefficiente di potenza della macchina mediante algoritmo genetico. Il modello scelto è di tipo DMS, basato sul principio di conservazione della quantità di moto, ed è stato corretto con sotto-modelli che simulano effetti di realtà: lunghezza finita della pala, stallo dinamico del profilo alare, espansione dei tubi di flusso. La legge di calettamento trovata è poi stata opportunamente modificata in modo da rispettare i vincoli tecnici posti dal motoriduttore. Infine, note le prestazioni della turbina eolica a calettamento fisso e a calettamento variabile, ipotizzato un sito di installazione con distribuzione di ventosità nota, si è analizzata la producibilità energetica e la redditività economica delle macchine, al variare dei principali fattori d’influenza: costo dell’investimento iniziale, valore dell’incentivo, ore equivalenti.