Optimización del diseño de las palas de aerogeneradores para reducir el LCoE, centrándose en las cargas que impulsan el diseño debido a las condiciones de tormenta
Autores: Serafeim, Giannis; Manolas, Dimitris; Riziotis, Vasilis; Chaviaropoulos, Panagiotis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Optimización del diseño de las palas de aerogeneradores para reducir el LCoE, centrándose en las cargas que impulsan el diseño debido a las condiciones de tormenta
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modificaciones de diseño
Estructura interna de la pala
Cargas extremas
Condiciones de tormenta
Amortiguación aerodinámica
Turbina eólica.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Las modificaciones en el diseño de la estructura interna de las palas, dirigidas a reducir las cargas extremas que impulsan el diseño debido a condiciones de tormenta, se evalúan en el presente documento. Bajo velocidades de viento de supervivencia, la falta de un amortiguamiento aerodinámico suficiente en la dirección de borde es responsable de vibraciones excesivas inducidas por el estancamiento que generalmente impulsan las cargas de diseño de las palas de los aerogeneradores. Las modificaciones consideradas en el trabajo son (i) un aumento no simétrico en el grosor del material uniaxial y triaxial en el lado de succión y presión de las secciones de las palas, (ii) un desplazamiento de los casquillos de la viga en direcciones opuestas y (iii) la reorientación del ángulo de las capas en los casquillos de la viga. Las dos primeras intervenciones de diseño tienen como objetivo aumentar el amortiguamiento de los modos de borde de baja amortiguación en el rotor en reposo, mientras que la tercera busca reducir las cargas de fatiga y las cargas últimas en operación normal. Los parámetros de diseño en el problema se determinan sobre la base de un proceso de optimización multidisciplinaria (MDAO), que minimiza el costo nivelado de energía (LCoE). La herramienta de optimización integrada utilizada en el presente estudio combina: (i) una herramienta de análisis servo-aero-elástico para calcular las cargas últimas y el rendimiento de energía, (ii) una herramienta de análisis de sección transversal para obtener propiedades estructurales y distribuciones de estrés en las palas modificadas y (iii) un modelo de costos del aerogenerador en general para evaluar el LCoE.
Descripción
Las modificaciones en el diseño de la estructura interna de las palas, dirigidas a reducir las cargas extremas que impulsan el diseño debido a condiciones de tormenta, se evalúan en el presente documento. Bajo velocidades de viento de supervivencia, la falta de un amortiguamiento aerodinámico suficiente en la dirección de borde es responsable de vibraciones excesivas inducidas por el estancamiento que generalmente impulsan las cargas de diseño de las palas de los aerogeneradores. Las modificaciones consideradas en el trabajo son (i) un aumento no simétrico en el grosor del material uniaxial y triaxial en el lado de succión y presión de las secciones de las palas, (ii) un desplazamiento de los casquillos de la viga en direcciones opuestas y (iii) la reorientación del ángulo de las capas en los casquillos de la viga. Las dos primeras intervenciones de diseño tienen como objetivo aumentar el amortiguamiento de los modos de borde de baja amortiguación en el rotor en reposo, mientras que la tercera busca reducir las cargas de fatiga y las cargas últimas en operación normal. Los parámetros de diseño en el problema se determinan sobre la base de un proceso de optimización multidisciplinaria (MDAO), que minimiza el costo nivelado de energía (LCoE). La herramienta de optimización integrada utilizada en el presente estudio combina: (i) una herramienta de análisis servo-aero-elástico para calcular las cargas últimas y el rendimiento de energía, (ii) una herramienta de análisis de sección transversal para obtener propiedades estructurales y distribuciones de estrés en las palas modificadas y (iii) un modelo de costos del aerogenerador en general para evaluar el LCoE.