Six-Bucket Sim-Savonius Hybrid Turbine: Experimental Analysis and Performance Evaluation

Salwan O. W. Khafaji; Ekhlas Q. A. Fath Ali

doi:10.52716/jprs.v15i3.886

المؤلفون

Salwan O. W. Khafaji جامعة بابل، كلية الهندسة، قسم الميكانيك
Ekhlas Q. A. Fath Ali الشركة العامة للاتصالات والمعلوماتية، مديرية الاتصالات والمعلوماتية، بابل، العراق

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v15i3.886

الكلمات المفتاحية:

Hybrid wind turbine, blade angle power coefficient, blade location, tip speed ratio.

الملخص

تزايدت المخاوف البيئية وزاد الطلب على الخيارات الطاقوية المفضلة للبيئة. عالميًا، تعتبر طاقة الرياح واحدة من المصادر الخضراء المتجددة والنقية للكهرباء. الوقود الأحفوري هو واحد من أكثر مصادر الطاقة ضرورة، ويتضاءل توافره. ومع ذلك، تعتبر طاقة الرياح مصدرًا للطاقة المتجددة يمكن استخدامها كبديل للوقود الأحفوري. ويعتبر الاستفادة من توربينات الرياح لإنتاج الطاقة من الرياح مناسباً للاستخدام في المواقع المبنية بسبب ميزاتها المتميزة، وجاذبيتها، وانخفاض الضوضاء، والأمان. ولتحقيق هذه الأهداف، تم تصميم توربينات الرياح ذات المحور الرأسي مع عدة شفرات (تتكون الشفرات من مادة حفيفة الوزن تم تصنيعها ودراستها تجريبياً للتحقق من أدائها). تكون شفرة التوربين على شكل نصف أسطوانية، تم تثبيتها عند زوايا ومواقع مختلفة، واختبارها عند سرعات رياح مختلفة وانصاف اقطار مختلفة للتوربين التقليدي والهجين. تم إنشاء العلاقة الرسومية بين عامل القدرة ونسبة سرعة النهاية او الطرف. تم ملاحظة أن أداء توربينات الرياح يعتمد بشكل كبير على سرعة الهواء، موقع الشفرات وعددها وزاويتها. وان اقصى قيمة لمعامل الطاقة للتوربين الهجين تصل الى 31.111% عندما يكون نصف القطر الكبير والصغير مساوي لـ 50 سم و 30 سم على التوالي، عندما تكون سرعة الرياح مساوي 1.5 م/ث، وخاصة عندما تكون نسبة السرعة الطرفية 2.8 وزاوية الشفرة 45 درجة. بالإضافة الى ذلك، وجد بان مقدار الزيادة المئوية للتوربين الهجين مقارنة بالتوربين الاعتيادي وصلت الى 1.383 بالمئة.

المراجع

A. M. Abdelsalam, M. A. Kotb, K. Yousef, and I. M. Sakr, “Performance study on a modified hybrid wind turbine with twisted Savonius blades”, Energy Conversion and Management, vol. 241, p. 114317, Aug. 2021. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114317.

M. Verma, “Wind farm repowering using WAsP software – an approach for reducing CO2 emissions in the environment”, Encyclopedia of renewable and sustainable materials, p. 844–859. 2020.

M. Verma, H. K. Ghritlahre, and G. Chandrakar, “Wind Speed Prediction of Central Region of Chhattisgarh (India) Using Artificial Neural Network and Multiple Linear Regression Technique: A Comparative Study”, Annals of Data Science, vol. 10, pp. 851–873, 2023. https://doi.org/10.1007/s40745-021-00332-1.

A. S. Saad, A. Elwardany, I. I. El-Sharkawy, S. Ookawara, and M. Ahmed, “Performance evaluation of a novel vertical axis wind turbine using twisted blades in multi-stage Savonius rotors”, Energy Conversion and Management, vol. 235, p. 114013, May 2021. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114013.

A. S. Saad, I. I. El-Sharkawy, S. Ookawara, and M. Ahmed, “Performance enhancement of twisted-bladed Savonius vertical axis wind turbines”, Energy Conversion and Management, vol. 209, p. 112673, Apr. 2020. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112673.

A. Pallotta, D. Pietrogiacomi, and G. P. Romano, “HYBRI – A combined Savonius-Darrieus wind turbine: Performances and flow fields”, Energy, vol. 191, p. 116433, Jan. 2020. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116433.

G. Saini and R. P. Saini, “A numerical analysis to study the effect of radius ratio and attachment angle on hybrid hydrokinetic turbine performance”, Energy for Sustainable Development, vol. 47, pp. 94–106, Dec. 2018. https://doi.org/10.1016/j.esd.2018.09.005.

K. Sahim, D. Santoso, and D. Puspitasari, “Investigations on the Effect of Radius Rotor in Combined Darrieus-Savonius Wind Turbine”, International Journal of Rotating Machinery, 2018, p. 3568542, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/3568542.

X. Liang, S. Fu, B. Ou, C. Wu, C. Y. H. Chao, and K. Pi, “A computational study of the effects of the radius ratio and attachment angle on the performance of a Darrieus-Savonius combined wind turbine”, Renewable Energy, vol. 113, pp. 329–334, Dec. 2017. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.04.071.

A. Roshan, A. Sagharichi, and M. J. Maghrebi, “Nondimensional Parameters’ Effects on Hybrid Darrieus–Savonius Wind Turbine Performance”, Journal of Energy Resources Technology, vol. 142, no. 1, Sep. 2019. https://doi.org/10.1115/1.4044517.

N. M. Ali, A. A. K, and S. Aljabair, “the effect of darrieus and savonius wind turbines position on the performance of the hybrid wind turbine at low wind speed”, international journal of mechanical engineering and technology (ijmet), vol. 11, no. 2, Feb. 2020. https://doi.org/10.34218/ijmet.11.2.2020.006.

A. S. Siddiqui, S. N. Mian, M. Alam, M. S. ul Haq, A. H. Memon, and M. S. Jamil Energy, “Experimental Study to Assess the Performance of Combined Savonius Darrieus Vertical Axis Wind Turbine at Different Arrangements”, IEEE 21st International Multi-Topic Conference (INMIC), Karachi, Pakistan, pp. 1-8, Nov. 01, 2018. https://doi.org/10.1109/INMIC.2018.8595538.

M. Sathyajith, “Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics”, Springer Science & Business Media, 2006.

W. A. El-Askary, A. S. Saad, A. M. Abdelsalam, and I. M. Sakr, “Investigating the performance of a twisted modified Savonius rotor”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 182, pp. 344–355, Nov. 2018. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2018.10.009.

W. A. El-Askary, A. S. Saad, A. M. Abdelsalam, and I. M. Sakr, “Experimental and Theoretical Studies for Improving the Performance of a Modified Shape Savonius Wind Turbine”, Journal of Energy Resources Technology-transactions of The Asme, vol. 142, no. 12, Jun. 2020. https://doi.org/10.1115/1.4047326.

Y. Jiang, P. Zhao, T. Stoesser, K. Wang, and L. Zou, “Experimental and numerical investigation of twin vertical axis wind turbines with a deflector”, Energy Conversion and Management, vol. 209, p. 112588, Apr. 2020. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112588.