Dynamic Modeling of Wind Turbine

• Main Author: Peuranen, Sami
• Other Authors: Antikainen, Petteri, Teknillinen korkeakoulu, Helsinki University of Technology, Konetekniikan osasto, Juhala, Matti, Aalto-yliopisto, Aalto University
• Format: Master Thesis
• Language: Finnish
• Published: 2001
• Subjects: Arktis*
• Online Access: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/88818

Työssä on perehdytty tuulivoimalan dynaamiseen mallintamiseen ja esitelty tuulivoimalan pääkomponentteja. Mallinnuksessa käytettiin kolmea eri tasoista vaaka-akselisen tuulivoimalan mallinnusohjelmaa; YawDyn, FAST AD ja ADAMS/WT. Erityisesti tarkoituksena oli kehittää voimansiirron mallia. Mallinnuksen kohteena oli Pyhätunturilla sijaitseva VTT:n arktisessa tuulivoimatutkimuksessa käyttämä 220 kW:n koevoimala. Lopullinen malli rakennettiin laajasti käytössä olevalla ADAMS:lla (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), johon on olemassa tuulivoimalan mallintamiseen erityinen WT (Wind Turbine)-liittymä. Mallin todettiin kuvaavan voimalaa hyvin alle 15 m/s tuulennopeuksilla ja kohtuullisesti sitä kovemmilla tuulilla. Mallilla tutkittiin voimansiirron joustavuuden vaikutuksia tuulivoimalan komponenteille. Joustavuuden todettiin lisäävän voimansiirron suurempia vääntömomenttisysäyksiä, mutta pienentävän suuremmilla taajuuksilla esiintyvää pienempää värähtelyä. Arktisissa olosuhteissa tuulivoimalan lavat voivat jäätyä, jolloin niissä esiintyy massa- ja aerodynaamista epätasapainoa. Epätasapainon mallintamiseen perehdyttiin ja lapojen jäätymisen vaikutuksia tuulivoimalan komponenteille tutkittiin. Todettiin pienenkin jäämassan saattavan aiheuttaa suurta aerodynaamista epätasapainoa, joka voi ratkaisevasti lisätä tornille aiheutuvia väsyttäviä kuormituksia.