Autore/i POLGATI, LUCA ALBERTO
Relatore CROCE, ALESSANDRO
Scuola / Dip. ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Data 21-dic-2017
Anno accademico 2016/2017
Titolo della tesi optimization of a low induction 10 MV rotor with passive load reduction system
Abstract in italiano La progettazione di una turbina eolica è un processo che richiede la conoscenza in diversi ambiti dell’ingegneria, che vanno dall’aerodinamica, alle strutture e materiali fino alla conversione elettromagnetica, alla regolazione e controllo. Per arrivare a un progetto ottimo, questi fattori devono essere considerati simultaneamente fin dalla fase iniziale del processo. In questo lavoro di tesi, tuttavia, si è deciso di focalizzare l’attenzione solo sull’aspetto strutturale, supponendo quindi congelata la geometria del rotore. Questo approccio, seppur sub-ottimo, ha permesso di evidenziare alcune caratteristiche strutturali che sono indagine di questo lavoro, lasciando la progettazione completa come lavoro futuro. Durante questa fase di progettazione puramente strutturale, l'obiettivo da perseguire è quello della riduzione della massa, più precisamente del costo del capitale iniziale, in maniera che i diversi vincoli, che potrebbero provocare l'insorgere di fenomeni di instabilità, vengano rispettati. In particolare sono state studiate tecniche di riduzione dei carichi atte ad ottenere una riduzione della massa con la conseguente riduzione dei costi di produzione dell'energia. \'E possibile eseguire una categorizzazione delle diverse tecniche di riduzione dei carichi, suddividendole in due grandi famiglie: riduzione dei carichi passiva e attiva. Pur avendo lo stesso scopo queste due tecniche possono comportare costi differenti, soprattutto dal punto di vista logistico. Tra le varie tecniche di riduzione passiva dei carichi è possibile, ad esempio, trovare tecniche che sfruttano l'accoppiamento tra flessione e torsione della pala, o l'inserimento di un disallineamento tra gli elementi che danno rigidezza flessionale, in modo da ottenere un accoppiamento tra la flessione e lo spostamento nel piano della pala. La riduzione dei carichi però può presentare svantaggi, come ad esempio la perdita di energia annua prodotta. Una delle caratteristiche principali della turbina di partenza, utilizzata per lo svolgimento di questo lavoro, è essere un rotore a bassa induzione. Questo comporta che per ridurre i carichi dovuti alle gargantuesche forme del rotore, è stato progettato un controllore in modo tale che nella regione a carico parziale la turbina non lavorasse al pitch ottimale. Grazie a questa caratteristica è stato possibile effettuare degli studi finalizzati anche al recupero dell'energia persa.
Abstract in inglese The design of a wind turbine is a process that involves several fields. Even though different topics related to various fields are generally processed simultaneously, in some cases it may happen that the design process includes just one particular area of study. The present assessment focuses on specific structural aspects, through the study of the structural optimization process without varying the blade shape. During the planning phase the ultimate scope is the mass reduction and, more precisely, the initial capital cost (ICC) reduction, in order to fulfil several constrains, which might be linked to instability's phenomenons as well. Many techniques of loads alleviation have been discussed and implemented, for the purpose of lowering the mass and the associated costs. There are different ways to reduce the loads: passive and active systems. Both passive and active systems produce the same outcome, even though implying different costs. In the passive systems it could be found the Bending Twisting coupling system which is also divided in F-BTC and O-BTC, respectively represent the rotation of the fibres in the spar cap and the introduction of an off-set in the same. The loads reduction is also linked to the loss of Annual Energy Production (AEP). In this work the starting wind turbine is a low induction wind turbine. Which means that we have a turbine that doesn’t work at its optimal pitch in the partial-loading region. This feature permitted us to supply to the energy loss due to the introduction of a load system mitigation. In fact during this work it has been verified that, despite the BTC, the annual power production has not been modified. Furthermore, the optimized blade presents a remarkable mass reduction and so a reduction which consequently leads to a reduction of cost of energy.
Tipo di documento Tesi di laurea Magistrale
Appare nelle tipologie: Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/10589/137289