Fulltext

Time Domain Simulation of Wind Shear and Tower Shadow in Wind Turbines

محاكاة نطاق الزمن لتأثير القص ووجود البرج على توربينات الرياح

Farouk O. Hamdoon --- Mohammed I. Abu-Tabikh --- Mauwafak A. Tawfik

Engineering and Technology Journal مجلة الهندسة والتكنولوجيا
ISSN: 16816900 24120758 Year: 2014 Volume: 32 Issue: 4 Part (A) Engineering Pages: 873-885
Publisher: University of Technology الجامعة التكنولوجية

Abstract

This paper presents an aerodynamic analysis of a three-bladed wind turbine using unsteady Blade Element Momentum (BEM) method. A MATLAB code has been written to perform the analysis in which a simulation model for a wind speed acting on a wind turbine rotor plane was used considering the effect of wind shear and tower shadow. Results obtained from the analysis have proved that tower shadow and wind shear contribute to periodic fluctuations in loads and mechanical power of a wind turbine .The frequency of the periodic fluctuations is n times the blade rotational frequency p, where n is the number of blades. For three- bladed wind turbine, this inherent characteristic is known as 3p effect. Furthermore, as the aerodynamic loads change periodically due to wind shear and tower shadow, this may have a large effect on output power quality and fatigue life of the blade. Hence, the loads analysis in this paper may be applicable to the improving power quality and design analysis of the wind turbine.

يتناول البحث الحالي تحليلا للقوى الأيروديناميه لتوربينات الرياح ذات الثلاث شفرات بأستخدام برنامج (MATLAB) وأعتمادا على نظرية (Blade Element Momentum) . حيث تم أستخدام موديل رياضي لسرعة الرياح المؤثره على التوربين تحت تاثير القص ووجود البرج . أثبتت النتائج المستحصله من التحليل بأن تاثير القص والبرج على الرياح يسهم في التقلبات الدوريه للأحمال والقدره الميكانيكيه للتوربين، اذ تعد هذه التقلبات الدوريه ظاهره متأصله في توربينات الرياح و التي تعرف بتأثير np)) حيث n هي عدد الشفرات و p هي التردد الدوراني للشفره . وبذلك فأن هذا التأثير يدعى بتأثير 3p في التوربينات ذات الثلاث شفرات . وعلاوة على ذلك فأن التغير الدوري للأحمال الايروديناميه والقدره الميكانيكيه بفعل تأثير القص والبرج على سرعة الرياح قد يكون له تأثيرا كبيرا على نوعية القدره وعمر الكلال للشفرات. وبالتالي، فمن الممكن تطبيق التحليل الحالي للاحمال في تحسين نوعية القدره الخارجه وفي الحسابات التصميميه لعمر الكلال للشفرات.

Keywords

Wind turbines --- Blade element momentum --- Wind shear --- Tower shadow