Design of a three-bladed 12 MW wind turbine machine

For many years, multiple efforts have been made to define reference wind turbines that can be used as a reference point for both research and design efforts. Over the years there has been an increasing trend in installed powers; it is therefore necessary that the reference turbines also follow this trend, or rather, anticipate it so that they can be ready for future market requests. The idea of this thesis is based on this perspective, defining a preliminary design of a 12 MW Baseline which can be used for further future developments and optimizations. The starting point is an existing and already optimized 10 MW Baseline. The first part is dedicated to the modification of the control system, which is necessary because the starting baseline is equipped with a specific controller that could not work on a different machine. Then, the 12 MW Baseline is defined. An entire chapter is dedicated to the study of the resonance that afflicts the 12 MW Baseline tower. In particular, after identifying the reasons that cause this phenomenon, a possible solution is presented, identifying all the hypotheses on which it is based. At the end, the machine is optimized. Various projects are made, each of which obtained by combining different values of rotor solidity and rotor diameter in order to build a parametrized 'response surface' with respect to the cost of energy, a global index that allows to directly compare different solutions to each other. The solution with the lowest cost of energy is then chosen and it is described in more detail, commenting on the results in light of the hypotheses previously made.

Da molti anni molteplici sforzi vengono fatti per definire delle turbine eoliche di riferimento che possano essere usate sia come base per la ricerca che per effettive progettazioni. Nel corso degli anni si è assistito a un trend sempre crescente delle potenze installate; è quindi necessario che anche le turbine di riferimento seguano tale trend, o meglio, lo anticipino in modo da poter essere pronti alle future richieste del mercato. L'idea di questa tesi rientra in tale ottica, andando a definire un design preliminare di una Baseline da 12 MW che possa poi essere usata per ulteriori futuri sviluppi e ottimizzazioni. Si parte da una Baseline da 10 MW esistente e già ottimizzata. La prima parte è dedicata alla modifica del sistema di controllo, necessario poichè la baseline di partenza è equipaggiata con un controllore specifico che non potrebbe funzionare su una macchina diversa. Successivamente si passa alla definizione della Baseline 12 MW. Un capitolo intero è dedicato allo studio della risonanza che affligge la torre della Baseline 12 MW. In particolare, dopo aver individuato i motivi che causano tale fenomeno, viene presentata una possibile soluzione, identificando tutte le ipotesi sulla quale si basa. Alla fine si procede all'ottimizzazione della macchina. Vengono fatti vari progetti ognuno ottenuto combinando tra di loro valori differenti di solidità e diametro del rotore in modo da costruire una 'superificie di risposta' parametrizzata rispetto al costo dell'energia, un indice globale che permette di confrontare in modo diretto soluzioni differenti tra loro. Viene scelta quindi la soluzione con il minor costo dell'energia e si descrive più dettagliatamente, commentando i risultati alla luce delle ipotesi precedentemente fatte.