NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA TUA-BIN GIÓ HAI TẦNG CÁNH

Tóm tắt

Bài báo này trình bày kết quả thiết kế và tối ưu hóa một tua-bin gió hai tầng cánh nhằm nâng cao hiệu suất khai thác năng lượng gió so với tua-bin một tầng truyền thống. Thiết kế dựa trên các thông số khí động học, trong đó tầng cánh thứ nhất sử dụng biên dạng NACA 4415, giúp tạo lực nâng cao và hiệu suất tốt ở tốc độ gió thấp, còn tầng cánh thứ hai sử dụng biên dạng SG 6043, tối ưu hóa hiệu suất khi gió đã suy giảm sau tầng thứ nhất. Các thông số về bán kính cánh, góc đặt cánh và chiều dài dây cung được tính toán bằng lý thuyết khí động lực học và kiểm chứng thông qua mô phỏng CFD trên Ansys Fluent, giúp xác định chính xác vận tốc và hướng gió tác động lên tầng hai để điều chỉnh thiết kế phù hợp. Hiệu quả vận hành được đánh giá bằng Qblade, cho thấy hệ số công suất tối đa đạt 67,56%, cao hơn giới hạn Betz (59,3%), chứng minh khả năng khai thác năng lượng vượt trội. Tại vận tốc gió thiết kế 10 m/s, tổng công suất sinh ra là 887,21W, trong đó tầng một đóng góp 713,47W và tầng hai 173,74W, cho thấy tầng cánh thứ hai giúp tăng đáng kể lượng điện năng tạo ra. Kết quả này khẳng định tính khả thi của tuabin gió hai tầng và tiềm năng ứng dụng trong các hệ thống khai thác năng lượng tái tạo, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng gió trong tương lai.

Title

RESEARCH, DESIGN AND PERFORMANCE EVALUATION OF A DUAL STAGE WIND TURBINE

Abstract

This paper presents the design and optimization process of a two-stage wind turbine to enhance wind energy extraction efficiency compared to traditional single-stage turbines. The design is based on aerodynamic parameters, where the first-stage blade uses the NACA 4415 airfoil, providing high lift and good efficiency at low wind speeds, while the second-stage blade utilizes the SG 6043 airfoil, optimizing performance when the wind has weakened after passing through the first stage. The blade radius, pitch angle, and chord length are calculated using aerodynamic theory and validated through CFD simulations in Ansys Fluent, enabling precise determination of wind velocity and direction impacting the second stage for optimized design adjustments. The operational efficiency is evaluated using QBlade, revealing a maximum power coefficient of 67.56%, surpassing the Betz limit (59.3%), demonstrating superior energy extraction capability. At a design wind speed of 10 m/s, the total generated power is 887.21W, with the first stage contributing 713.47W and the second stage 173.74W, indicating a significant increase in power output due to the second-stage blade. These results confirm the feasibility of the two-stage wind turbine and its potential application in renewable energy systems, contributing to improved wind energy utilization in the future