Factors affecting the new correlation developed for the Savonius wind turbine
Lehtinen, Otso (2020)
Diplomityö
Lehtinen, Otso
2020
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020062245316
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020062245316
Tiivistelmä
Wind energy is one of the fastest growing forms of energy production. Even though wind turbine is an old invention, large-scale electricity generation using wind turbines is relatively new thing. Bringing electricity production close to consumption brings new challenges where lesser-known wind turbines can have advantages.
The Savonius wind turbine is a vertical axis wind turbine. It was designed by Sigurd Johannes Savonius in the 1920s Finland. The Savonius wind turbine is perhaps the simplest wind turbine model available. It was designed by splitting a cylinder in half in height and moving the halves slightly apart. Although the Savonius wind turbine design is simple, there is still a large number of variables that influence its performance. These variables can be simple design parameters that are present in every turbine, or they can be add-ons designed to increase the performance.
Performance is not one of the advantages of the Savonius wind turbine. Some advantages are simple design, relatively low noise production, independence from wind direction and low physical space requirements. To achieve wider adoption, the benefits of the Savonius wind turbine must be sufficiently convincing to overcome the low efficiency. Several studies have suggested a new correlation that predicts the performance of the Savonius wind turbine using typical terms related to wind turbine performance. Previously formed correlation curves have been either linear or polynomial. A total of 52 different figures were analysed in order to find the design parameters that affect the shape of the correlation most. Most of the typical parameters did not significantly affect the shape of the correlation curve. Almost all of the studied turbines ended up in a linear correlation curve and those that ended up in a polynomial curve had some unique parts in their design that were not present in other studies. Tuulienergia on yksi nopeimmin osuuttaan kasvattavista energiantuotantomuodoista. Vaikka tuuliturbiini on hyvin vanha keksintö, sen käyttäminen sähköntuotannossa on suhteellisen uusi asia. Sähköntuotannon tuominen lähelle kulutusta luo uusia haasteita, joissa vähemmän tunnetuilla tuuliturbiineilla voi olla etuja.
Savonius-tuuliturbiini on suhteellisen uusi keksintö tuuliturbiinien keskuudessa. Savonius-tuuliturbiinin kehitti Sigurd Johannes Savonius Suomessa 1920-luvulla. Se suunniteltiin halkaisemalla sylinteriputki pystysuunnassa, jonka jälkeen puolikkaita siirrettiin hieman erilleen toisistaan. Yksinkertaisesta rakenteesta huolimatta Savonius tuuliturbiinin suorituskykyyn vaikuttaa suuri määrä sen rakenteeseen liittyviä mitoitusarvoja ja lisäosia.
Suorituskyky on Savonius-tuuliturbiinin heikoimpia puolia. Sen etuja ovat yksinkertainen rakenne, suhteellisen matala käyntiääni, tuulen suunnasta riippumaton energiantuotanto ja vähäiset tilavaatimukset. Jotta turbiinin markkinaosuutta voitaisiin kasvattaa, tulee etujen olla suuremmat kuin heikon hyötysuhteen tuomat kustannukset. Useassa tutkimuksessa on ehdotettu uutta korrelaatiota, joka ennustaa Savonius-tuuliturbiinin suorituskykyä turbiinille tyypillisten parametrien avulla. Korrelaation avulla turbiinin käyttäytymistä tietyissä ympäristöissä voitaisiin ennustaa huomattavasti helpommin. Tässä työssä käsitellyissä tutkimuksissa on löydetty sekä lineaarisia että polynomisia korrelaatiokäyriä. Selvitystä varten käytiin läpi 52 erilaista turbiinikokonaisuuden mittausta, jotta korrelaation muotoon liittyviä muuttujia löydettäisiin. Valtaosa tutkituista parametreista ei vaikuttanut korrelaation muotoon merkittävästi. Lähes kaikki muodostetut korrelaatiokäyrät olivat lineaarisia. Toisen asteen käyriin päätyvät tutkimukset käyttivät osittain uniikkeja rakenteita, joita ei ollut käytössä muissa tutkimuksissa.
The Savonius wind turbine is a vertical axis wind turbine. It was designed by Sigurd Johannes Savonius in the 1920s Finland. The Savonius wind turbine is perhaps the simplest wind turbine model available. It was designed by splitting a cylinder in half in height and moving the halves slightly apart. Although the Savonius wind turbine design is simple, there is still a large number of variables that influence its performance. These variables can be simple design parameters that are present in every turbine, or they can be add-ons designed to increase the performance.
Performance is not one of the advantages of the Savonius wind turbine. Some advantages are simple design, relatively low noise production, independence from wind direction and low physical space requirements. To achieve wider adoption, the benefits of the Savonius wind turbine must be sufficiently convincing to overcome the low efficiency. Several studies have suggested a new correlation that predicts the performance of the Savonius wind turbine using typical terms related to wind turbine performance. Previously formed correlation curves have been either linear or polynomial. A total of 52 different figures were analysed in order to find the design parameters that affect the shape of the correlation most. Most of the typical parameters did not significantly affect the shape of the correlation curve. Almost all of the studied turbines ended up in a linear correlation curve and those that ended up in a polynomial curve had some unique parts in their design that were not present in other studies.
Savonius-tuuliturbiini on suhteellisen uusi keksintö tuuliturbiinien keskuudessa. Savonius-tuuliturbiinin kehitti Sigurd Johannes Savonius Suomessa 1920-luvulla. Se suunniteltiin halkaisemalla sylinteriputki pystysuunnassa, jonka jälkeen puolikkaita siirrettiin hieman erilleen toisistaan. Yksinkertaisesta rakenteesta huolimatta Savonius tuuliturbiinin suorituskykyyn vaikuttaa suuri määrä sen rakenteeseen liittyviä mitoitusarvoja ja lisäosia.
Suorituskyky on Savonius-tuuliturbiinin heikoimpia puolia. Sen etuja ovat yksinkertainen rakenne, suhteellisen matala käyntiääni, tuulen suunnasta riippumaton energiantuotanto ja vähäiset tilavaatimukset. Jotta turbiinin markkinaosuutta voitaisiin kasvattaa, tulee etujen olla suuremmat kuin heikon hyötysuhteen tuomat kustannukset. Useassa tutkimuksessa on ehdotettu uutta korrelaatiota, joka ennustaa Savonius-tuuliturbiinin suorituskykyä turbiinille tyypillisten parametrien avulla. Korrelaation avulla turbiinin käyttäytymistä tietyissä ympäristöissä voitaisiin ennustaa huomattavasti helpommin. Tässä työssä käsitellyissä tutkimuksissa on löydetty sekä lineaarisia että polynomisia korrelaatiokäyriä. Selvitystä varten käytiin läpi 52 erilaista turbiinikokonaisuuden mittausta, jotta korrelaation muotoon liittyviä muuttujia löydettäisiin. Valtaosa tutkituista parametreista ei vaikuttanut korrelaation muotoon merkittävästi. Lähes kaikki muodostetut korrelaatiokäyrät olivat lineaarisia. Toisen asteen käyriin päätyvät tutkimukset käyttivät osittain uniikkeja rakenteita, joita ei ollut käytössä muissa tutkimuksissa.