Computational fluid dynamics analysis and experimental tests of a small vertical axis wind turbine: choice of design

Il crescente fabbisogno energetico e la necessità di ridurre l'inquinamento atmosferico stanno spingendo la ricerca verso soluzioni alternative di produzione di energia. Una di queste potrebbe essere l'inserimento di turbine eoliche ad asse verticale (VAWT), come quella Savonius, nella generazione distribuita. La Savonius ha un design semplice e può generare potenza anche a basse velocità del vento quindi, con l'obiettivo di aumentarne il coefficiente di potenza, sono state studiate delle pale con una forma alternativa a quella tradizionale semicilindrica. Una volta selezionato il design con le migliori prestazioni in termini di coppia e coefficienti di potenza, questi parametri sono stati studiati in funzione degli angoli azimutali, del tip speed ratio (TSR) e del numero di Reynolds. Inoltre sono stati analizzati i campi di velocità e pressione nel dominio circostante la turbina eolica. Tutte le indagini sono state eseguite con un'analisi fluidodinamica computazionale (CFD), realizzata con il software Star-CCM+, e considerando come dominio computazionale un cilindro avente le dimensioni di una galleria del vento. Nonostante la potenza estraibile da questo prototipo di turbina eolica sia bassa a causa della piccola taglia, il coefficiente di potenza massimo, mediato su una rotazione, raggiunge il valore di 0.24 quando il TSR è pari a 0.85. Quindi il nuovo aerogeneratore risulta avere un’efficienza maggiore di quella raggiunta dalla turbina Savonius avente pale con forma tradizionale e che è stata analizzata come confronto. In quest'ultimo caso, infatti, il coefficiente di potenza medio massimo è 0.22, quando il TSR è 0.75. Il nuovo prototipo è anche stato costruito e testato nella galleria del vento in collaborazione con due studenti dell’”Ecole d’Ingénieurs Polytechnique de l’Université de Tours”: Maxime Collet e Romain Guehennec. E’ stato dimostrato che al crescere della velocità del vento, aumenta quasi linearmente la velocità di rotazione della turbina eolica.