5MW wind turbine is regarded as a promising system for offshore wind farms in the western sea of Korean. And the wind turbine is developed in many companies but not much information is known about it. In this study, aerodynamics and control characteristics depending on several control methods is reviewed on 5MW wind turbine, in which configuration data of the turbine are used from the previous study of NREL. For the calculations, GH_Bladed, which is certificated software by GL, is used and compared with data from FAST code of NREL. This study shows that how much power production, and aerodynamic performances and loads can be obtained with different controls in the operation of 5MW wind turbine, which is expected to be useful in the design of the wind turbine system.
A wind turbine simulation program for the coupled dynamics of aerodynamics, elasticity, multi-body dynamics and controls of turbine is newly developed by combining an aero-elastic code and a multi-body dynamics code. The aero-elastic code, based on the blade momentum theory and generalized dynamic wake theory, is developed by NREL(National Renewable Energy Laboratory, USA). The multi-body dynamics code is commercial one which is capable of accounting for geometric nonlinearity and twist deflection. A turbulent wind load case is simulated for the NREL 5-MW baseline wind turbine model by the developed program and FAST. As a result, the two results agree well enough to verify the reliability of the developed program.
Takeyeldein, Mohamed M.;Ishak, I.S.;Lazim, Tholudin M.
Wind and Structures
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제35권3호
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pp.147-155
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2022
This research proposes a wind-lens turbine design that can startup and operate at a low wind speed (< 5m/s). The performance of the wind-lens turbine was investigated using CFD and wind tunnel testing. The wind-lens turbine consists of a 3-bladed horizontal axis wind turbine with a diameter of 0.6m and a diffuser-shaped shroud that uses the suction side of the thin airfoil SD2030 as a cross-section profile. The performance of the 3-bladed wind-lens turbine was then compared to the two-bladed rotor configuration while keeping the blade geometry the same. The 3-bladed wind-lens turbine successfully startup at 1m/s and produced a torque of 66% higher than the bare turbine, while the two-bladed wind-lens turbine startup at less than 4m/s and produced a torque of 186 % higher than the two-bladed bare turbine at the design point. Findings testify that adding the wind-lens could improve the bare turbine's performance at low wind speed.
The turbine industry demands a reliable design with affordable cost. As technological advances begin to support turbines of huge sizes, and the increasing importance of wind turbines from day to day make design safety conditions more important. Wind turbines are exposed to environmental conditions that can affect their installation, durability, and operation. International Electrotechnical Commission (IEC) 61400-1 design load cases consist of analyses involving wind turbine operating conditions. This design load cases (DLC) is important for determining fatigue loads (i.e., forces and moments) that occur as a result of expected conditions throughout the life of the machine. With the help of FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence), an open source software, the NREL 5MW land base wind turbine model was used. IEC 61400-1 wind turbine design standard procedures assessed turbine behavior and fatigue damage to the tower base of dynamic loads in different design conditions. Real characteristic wind speed distribution and multi-directional effect specific to the site were taken into consideration. The effect of these conditions on the economic service life of the turbine has been studied.
The objectives of this study are to improve the aerodynamics performance on the down-wind blade system with folding type blade which consists of the folding type rotor blade, wind vane yawing stabilizer and a bevel gearbox. The aerodynamics performance for the new wind turbine system are compared with those of the conventional up-wind blade system. In addition to, a novel multi voltage inverter system is applied for reductions of harmonic.
This paper deals with a pitch control for reducing load of the wind turbine system. To make a model of the wind turbine system, the Momentum Theory and Blade Element Theory are used. Considering wind shear, wind model was also built. Due to a difference of the wind speed between upper parts and lower parts of the sweep area, overturning moment of the wind turbine is generated. So, in this paper through analyzing of the system model of the wind turbine, a control algorithm which was able to achieve both maintaining power and reducing overturning moment was proposed. Using matlab simulink, controller performance was verified.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권8호
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pp.877-884
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2006
The objective of this study is to investigate the aerodynamic characteristics of a vertical axis wind turbine blade as the basic study of a design of a vertical axis wind turbine. The lift and drag coefficients of the various shape of the vortical axis wind turbine blades are analyzed and compared using the CFD code Fluent. To validate the numerical analysis, the predicted results of the Fluent are compared with those of the Xfoil code and the experimental results. We conclude that the program Fluent can be used to predict the aerodynamics of the wind turbine blade. By comparing the predicted results of the aerodynamic characteristics of the different shape of the blades, an appropriate shape of the blade is suggested to design the vortical axis wind turbine blade.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권4호
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pp.533-541
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2005
In this paper, a wind turbine with power splitting transmission, which is realized through a novel three-shaft planetary, is presented. The input shaft of the transmission is driven by the rotor of the wind turbine, the output shaft is connected to the grid via the main generator (asynchronous generator), and the third shaft is driven by a control motor with variable speed. The dynamic models of the sub systems of this wind turbine, e.g. the rotor aerodynamics, the drive train dynamics and the power generation unit dynamics, were given and linearized at an operating point. These sub models were integrated in a multidisciplinary dynamic model, which is suitable for control syntheses to optimize the utilization of wind energy and to reduce the excessive dynamic loads. The important dynamic behaviours were investigated and a wind turbine with a soft main shaft was recommend.
Offshore wind energy is gaining more and more attention during this decade. For the countries with coast sites, the water depth is significantly large. This causes attention to the floating wind turbine. Offshore wind turbines are designed and analyzed using comprehensive simulation codes that account for the coupled dynamics of the wind inflow, aerodynamics, elasticity and controls of the wind turbine, along with the incident waves, sea current, hydrodynamics, and foundation dynamics of the support structures. In this work, a three-bladed 5MW upwind wind turbine installed on a floating spar buoy in 320m of water is studied by using of fully coupled aero-hydro-servo-elastic simulation tool. Specifications of the structures are chosen from the OC3 (Offshore Code Comparison Collaboration) under "IEA Wind Annex XXIII-subtask2". The primary external conditions due to wind and waves are simulated. Certain design load case is investigated.
The new aerofoil, KA2 was designed to apply to the wind turbine blade. For the aerofoil, numerical analysis was performed to review aerodynamic characteristics like lift and drag coefficient. And they are verified with test data using the digital wind tunnel and test samples from 3D printer. The digital wind tunnel was developed to test wing in the small laboratory, and verified with test of NACA0012 airfoil. KA2 aerofoil is asymmetric, and has the thickness ratio of 14%, and 12 degree of AOA at the maximum lift coefficient of 1.3. In this paper, aerodynamic characteristics from numerical and test approaches will be proposed with AOA in detail. Therefore, this aerofoil will be used for the design of wind turbine blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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