Estudio aerodinámico de un aerogenerador mediante teoría BEM (Blade Element Momentum)

Abstract

La generación de energía eléctrica a partir de energía cinética procedente del viento ha cobrado importancia, en los últimos años, debido al aumento de la demanda energética global y a la creciente sensibilización medioambiental. En este contexto, el estudio aerodinámico juega un papel fundamental estimando la producción energética anual. El presente trabajo contiene toda la información necesaria para implementar un método de cálculo de fuerzas aerodinámicas. El uso de un modelo no estacionario (Beddoes-Leishman) supone una mejora sustancial en el modelo original, formado por la combinación de la teoría de disco actuador y elemento de pala (BEM). Las limitaciones propias del modelo original motivan a estudiar nuevos modelos complementarios que aparecen para corregir dichas limitaciones. Tras la realización de un código de cálculo en Matlab, los resultados son validados mediante una comparativa de resultados analíticos y experimentales obtenidos sobre el modelo de turbina de TUDelft. Los resultados son positivos, por lo que el programa realizado puede ser utilizado de manera satisfactoria en la estimación de fuerzas aerodinámicas.

Energy harvesting from wind’s kinetics energy has emerged as a major theme in recent years due to rising energy demand and growing environmental awareness. In this context, the aerodynamic study plays an important role estimating the annual energy yield. The present work contains all the information necessary to implement a calculation method for the aerodynamic forces. An unsteady model (Beddoes-Leishman) represents a substantial improvement in the original model based on the combined Momentum and Blade Element Theory (BEM). The inherent limitations of the original method motivate us to study new complementary models which make possible to correct such limitations. Following the development of a calculation code in Matlab, the results are validated by a comparison between simulation and experimental results obtained on the TUDelft wind turbine. The results are positive and the code can either be used on its own as a complementary tool in the estimation of forces.