Estimation of Annual Energy Production of Coupled Vertical-Axis Wind Turbines in a Semi-Complex Terrain

Abstract

In order to site wind turbines in a field, it is necessary to do a wind resource assessment (WRA). This assessment provide important inputs for the placement, sizing and design detailing of the wind farm. In addition to the correct determination of the site, it is also critical to place the wind turbines in the most efficient way. When the necessary data are provided to a software developed for this subject, the annual energy production (AEP) calculations can be made realistically. However, these programs are designed for horizontal-axis wind turbines (HAWTs). Although there is no study conducted on vertical-axis wind turbines (VAWTs) using these software packages, it is possible to calculate the AEP by simply defining a turbine power curve. In the case of coupled turbines, wake effect created by the turbines affect the performance of the wind turbines, thus the total annual energy production of the turbines is a function of the wind direction. For this reason, annual energy production of the turbines should be calculated by taking into consideration the change of wind direction during the year. In this study, firstly, the field performance of two VAWTs, which are separated, were investigated. In addition, a method has been proposed in order to place the coupled VAWTs in a wind farm and calculate their AEP. It was found that the turbines operating in this method could show performance increase from 2% to 11% compared to separated ones.

Keywords

• vertical axis wind turbine,coupled VAWT,wind resource assessment,WAsP

Project Number

2017.KB.FEN.031

Eşli Çalışan Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinlerinin Yarı Karmaşık Bir Sahadaki Yıllık Enerji Üretiminin Değerlendirilmesi

Abstract

Bir alana rüzgâr türbinleri yerleştirmek için bir rüzgâr kaynağı değerlendirmesi (RKD) yapılması gerekmektedir. Bu değerlendirme, rüzgâr tarlasının yerleştirilmesi, boyutlandırılması ve tasarım detaylandırması için önemli girdiler sağlar. Sahanın doğru tespitine ek olarak, rüzgâr türbinlerini en verimli şekilde yerleştirmek de önemlidir. Bu konuda geliştirilen bir yazılıma gerekli veriler sağlandığında, yıllık enerji üretimi (YEÜ) hesaplamaları gerçekçi bir şekilde yapılabilmektedir. Fakat bu programlar yatay eksenli rüzgâr türbinleri (YERT) için tasarlanmıştır. Bu yazılım paketlerini kullanarak düşey eksenli rüzgâr türbinleri (DERT) üzerinde yapılmış bir çalışma bulunmamasına rağmen, sadece türbin güç eğrisi tanımlanarak YEÜ hesaplanması mümkündür. Eşli çalışan türbinlerde ise türbinlerin arkalarında bıraktıkları rüzgâr gölgeleri performansı etkilediğinden, türbinlerin toplam yıllık enerji üretimi rüzgâr geliş yönünün bir fonksiyonudur. Bu nedenle türbinlerin yıllık enerji üretimi yıl boyunca rüzgâr geliş yönünün değişimi göz önünde bulundurularak hesaplanmalıdır. Bu çalışmada, öncelikle ayrık çalışan iki DERT’in saha performansı incelenmiştir. Ayrıca etkileşim halinde eşli çalışan DERT'lerin bir rüzgâr tarlasına yerleştirilmesi ve YEÜ hesaplanabilmesi için bir yöntem önerilmiştir. Bu yöntem kullanılarak yapılan analizlerde eşli çalışan türbinlerin, ayrık çalışanlara göre YEÜ bakımından %2’den %11’e kadar performans artışı gösterebileceği bulunmuştur.

Keywords

• düşey eksenli rüzgar türbini,eşli çalışan DERT,rüzgar kaynak değerlendirmesi,WAsP

Supporting Institution

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ REKTÖRLÜĞÜ

Project Number

2017.KB.FEN.031

Thanks

Bu çalışma, Dokuz Eylül Üniversitesi Rektörlüğü tarafından 2017.KB.FEN.031 numaralı Bilimsel Araştırma Projesi ile desteklenmiştir.

References

1. John O. Dabiri, S. 2011. Potential order-of-magnitude enhancement of wind farm power density via counterrotating vertical-axis wind turbine arrays: Journal Of Renewable And Sustainable Energy, Cilt. 3, s. 4. DOI: 10.1063/1.3608170
2. Ziya Haktan Karadeniz, S. 2015. Düşey Eksenli Rüzgar Türbini Araştırmalarında Son Gelişmeler: VIII. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, 15-16 Ekim, Adana, 151-155.
3. R. W. Whittlesey, S. Liska and J. O. Dabiri, S.2010. Fish schooling as a basis for vertical axis wind turbine farm design, Bioinspiration & Biomimetics, Cilt. 5, s. 1-6. DOI: 10.1088/1748-3182/5/3/035005
4. Stefania Zanforlin, Takafumi Nishino, S. 2016. Fluid dynamic mechanisms of enhanced power generation by closely spaced vertical axis wind turbines: Renewable Energy, An International Journal, Cilt. 99, s. 1213-1226. DOI: 10.1016/j.renene.2016.08.015
5. A. Huskey, A. Bowen, D. Jager, S. 2009. Wind Turbine Generator System Power Performance Test Report for the Mariah Windspire 1-kW Wind Turbine: National Renewable Energy Laboratory Technical Report, Proje Numarası: NREL/TP-500-46192
6. M. H. Albadi, E. F. El-Saadany, S 2009. Wind Turbines Capacity Factor Modeling—A Novel Approach: IEEE Transactions On Power Systems, Cilt. 24, s. 1637-1638. DOI: 10.1109/TPWRS.2009.2023274