Wind energy assessment at Elspiaa Tripoli Libya: Design and performance of horizontal axis wind turbine using blade element momentum theory (BEMT)

Abstract

Rüzgar özelliklerinin tahmini, bir rüzgar enerjisi projesinin değerlendirilmesi için projenin uygulanması ve işletilmesi ile ilgili tüm hususlara dayalı ilk adım olarak kabul edilir. Bu nedenle, belirli bir bölge için uygun bir rüzgar türbini tasarlamak ve performansını doğru bir şekilde tahmin etmek için rüzgar hakkında ayrıntılı bilgi sahibi olmak gereklidir. Bu tezin ilk adımı, temsili meteoroloji istasyonundan elde edilen rüzgar verilerine dayanarak seçilen yerde (El-Spiaa, Tripoli _Libya) rüzgar enerjisi ve rüzgar değerlendirmesinin incelenmesi. Maksimum rüzgar hızı, 2014 yılının 40m yüksekliğindeki maksimum olasılık (% 10. 25) verileri için U = 11.97 m / dk, Rüzgar gücü yoğunluğu E, (vat /mertekare), Weibull şekil ve skala parametreleri, (k ve c). 2013 yılının yıllık rüzgar enerjisi yoğunluğunun sırasıyla 10 ve 40 m yüksekliklerde (651.02 W / m²) ve (814.61W / m²) olduğu tespit edilmiştir. 2014 yılı için 10 ve 40 m'de yıllık rüzgar enerjisi yoğunluğu sırasıyla (715.85W / m²) ve (980.41 W / m²) 'dir. Bu tezin ikinci basamağı, uygun bir yatay eksen rüzgar türbini tasarlamaktır. Tatmin edici düzeyde performans elde etmek için Tasarım (HAWT), kanatlara etki eden aerodinamik kuvvetlerin bilgisi ile başlar. Bıçak elemanı momentum teorisi (BEM), HAWT bıçak tasarımı için ve rotorun performansını öngörmek için uygulanır. HAWT bıçak tasarımı ve performans analizi için bir bilgisayar programı (FORTRAN ve MATLAB cod) kemerlidir. Bu programın girdileri türbinlerden gelen güç, bıçak sayısı, tasarım rüzgar hızı, tasarım ucu-hız oranı ve seçilen kanadın özellikleri. Çıktılar: bıçak geometri parametreleri (akor ve büküm dağılımı), güç, tork ve itme katsayıları ile ucu-hız oranları. Bunun bir sonucu olarak, rüzgar türbini, seçilen yerde tatmin edici düzeyde performans ile rüzgardan çekilmek üzere tasarlanabilir. Modifiye bükülme açısı güç katsayısı üzerine etki ederken, optimum kord lineerleştirilmiş büküm açısı optimum bıçağın güç çıkışı ile karşılaştırıldığında güç çıktısını yaklaşık% 8 oranında düşürdü. Üstelik, uç kayıp faktörünün etkisi, optimum bıçak durumunda güç çıkışını yaklaşık% 2.23 güç çıkışını azalttı.Anahtar Kelimeler: (BEM) teorisi, rüzgar enerjisi değerlendirmesi, rotor tasarımı.

Estimation of wind characteristics is considered as the first essential step to evaluate a wind energy project based on information about all aspects of the implementation and operation of the project. It's therefore necessary to have detailed knowledge of the wind to design a suitable wind turbine for a certain zone, also to estimate its performance accurately. The first step in this thesis is study the wind energy and wind assessment in the selected site (ElSpiaa, Tripoli _Libya) based on the available wind data, which are obtained from the representative meteorological station. It is found that, the maximum wind speed was U =11.97 m/s for data of year 2014 at height of 40m, which has the maximum probability (10. 25%).The wind power density, E, (W/m²) was expressed in terms of the Weibull shape and scale parameters, (k and c). It is found that , the yearly wind power density of year 2013 at both heights of 10 and 40 m are (651.02 W/m²) and (814.61W/m²) respectively. And the yearly wind power density for year 2014 at 10 and 40 m are (715.85W/m²) and (980.41 W/m²) respectively. The second step in this thesis is to design a suitable horizontal axis wind turbine. Design (HAWT) to achieve satisfactory levels of performance starts with knowledge of the aerodynamic forces acting on the blades. The blade element momentum theory (BEM) is applied for HAWT blade design to predict the performance of the rotor. A computer program (FORTRAN and MATLAB cod) for HAWT blade design and its performance analysis is belt. The input of this program was the power required from a turbine, number of blades, design wind velocity, design tip-speed ratio and properties of the selected airfoil, while the outputs are the blade geometry parameters (chord and twist distribution), power, torque and thrust coefficients versus tip-speed ratios. As a result of that, it is possible for the designed wind turbine to extract the power from the wind with satisfactory levels of performance in the selected site. The modified twist effects on power coefficient, while the optimum chord linearized twist angle reduced the power output by approximately 8.3 % compared with the power output of the optimum blade. Moreover, the effect of tip losses factor reduced power output approximately 2.23 % the power output in the case of optimum blade.Keywords: (BEM) theory, wind energy assessment, Rotor design.