Yüksek kapasiteli rüzgâr türbinleri için farklı kanat profillerinin had yöntemi ile incelenmesi

Günümüzde rüzgar türbinleri için HAD simülasyonları türbin ölçeğinde sayısal simülasyonlara ve model tabanlı optimizasyonlara odaklanmaktadır. Bu çalışmada farklı büyük türbin güçleri (10, 25 ve 50 MW) için iki farklı kanat profilleri ( NACA 2414, 4415) ile imal edilecek türbinlerin kanat ve bazı ana parçalarının boyutlarının tasarımı yapılmıştır. Her bir türbin 11-14 m/s nominal rüzgar hızları için tasarım hesapları ve HAD analizleri yapılmıştır. Hareket halindeki türbinin dinamik analizi ile rüzgar yükünü daha fazla taşıyan ve rüzgar enerjisi üretiminde daha verimli olan kanatlar HAD yöntemiyle incelenmiştir. Tezde, verimlilik, yıllık elektrik enerjisi üretim miktarı, kanat ve türbin üzerindeki rüzgar yükleri açısından büyük ve orta yüklere sahip rüzgar türbinleri için uygun kanatların ve diğer ana parçaların seçilmesi araştırma temeli olarak alınmıştır. Referans alınan büyük rüzgar türbini kanat profillerini seçmek için bir model olmaktadır. Büyük rüzgâr türbinleri tasarlanırken önce kanatların tasarımı yapılmış ve akış analizi ve en iyi seçimi detaylı bir şekilde incelenmiştir. 10 MW'lık rüzgâr türbininde, NACA 4415 profiline sahip olan türbin 11.5 m/s;lik bir rüzgar hızında en yüksek enerji üretimine ulaşmaktadır. Buna karşılık, NACA 2215 profili olan rüzgar türbini ise 14.5 m/s;lik bir rüzgar hızında en yüksek enerji üretimine ulaşmaktadır. 50 MW'lık rüzgar türbininde kanat uzunluğunun 250 m, ağırlığının 480-500 ton civarında olacağı ve yüksek merkezkaç kuvvetlerin oluşmaması için de rotor dönüş hızının da 0.2-0.8 d/d olması gerektiği bulunmuştur. Her iki NACA profilinden tasarlanmış kanatlar üzerinde oluşan kuvvetler analiz edildiğinde, göbekten kanadın %15 uzaklığında olan kısmın mukavemet açısından en hassas kısım olduğunu göstermiştir. Kanadın bu kısmını takviye etmek için karbon fiber gibi cam elyaftan daha hafif ve daha mukavemetli malzemelerle desteklenmelidir sonucuna ulaşılmıştır.