Küçük Ölçekli Yatay Eksenli Bir Rüzgar Türbininin Mikro Genetik Algoritma Kullanılarak Bölgeye Özgü Optımizasyonu

Abstract

Türkiye’ deki Gökçeada bölgesi için 10.6m çapında, sabit hızlı ve tutunma kaybına göre düzenlenmiş yatay eksenli rüzgâr türbini optimizasyonu, genetik algoritma kullanılarak yapılmıştır. İyileştirmeler, türbinin yıllık enerji üretimini maksimuma çıkarmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. Enerji üretimi için kanat elemanı momentum teorisini uygulayan bir kod kullanılmıştır. Kodun tahminleri, deneysel veriler ve farklı türbülans modelleri kullanan hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözümleri ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Kanat açıklığı boyunca yeter uzunluğu ve burkulma açısı dağılımı, kanadın kök, ana ve uç kısımları için kanat kesiti profilleri ve kanadın yunuslama açısı tasarım parametreleri olarak kullanılmıştır. Optimizasyonlar, nüfus büyüklüğü beş birey olan bir mikro-genetik algoritma kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 20 ve 30 kW’ lık nominal güç değerleri için iki ve üç kanatlı konfigürasyonlar değerlendirilmiştir. 5000 kuşak boyu yapılan iyileştirmeler göstermiştir ki, iki kanatlı bir türbin, daha hızlı dönmek ve kanatların daha çok yüklenmesi pahasına, üç kanatlı bir türbin kadar enerji üretebilir. Bununla birlikte, daha düşük katılık oranına sahip iki kanatlı tasarım, daha düşük itme kuvveti üretmiştir.

Keywords

• Yatay eksenli rüzgar türbini optimizasyonu, mikro-genetik algorithm, kanat elemanı momentum teorisi, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, yıllık enerji üretimi

Site-Specific Optimization of a Small-Scale Horizontal Axis Wind Turbine via Micro Genetic Algorithm

Abstract

Optimization of 10.6m diameter, constant speed and stall regulated horizontal axis wind turbine was performed for Gökçeada location in Turkey using a genetic algorithm. Optimizations were performed by maximizing the annual energy production of the turbine which was calculated using a blade element momentum theory code. Predictions by the code were validated by comparing them with experimental data and computational fluid dynamics solutions obtained using different turbulence models. Chord length and twist angle distributions along the blade span, airfoil profiles for the root, primary and tip sections of the blades, and pitch angle of the blades were used as design parameters. A micro-genetic algorithm with a population size of five individuals was used for the optimizations. Twoand three-bladed turbines were considered for rated power of 20 and 30 kW. Optimizations performed for 5000 generations showed that two-bladed turbines could produce as much energy as three-bladed ones at the expense of rotating faster and experiencing higher blade loading. By having a lower solidity, however, two-bladed designs produced lower thrust forces

Keywords

• Horizontal axis wind turbine optimization, micro-genetic algorithm, blade element momentum theory, computational fluid dynamics, annual energy production