Riassunto analitico
Questa tesi magistrale presenta uno studio teorico-sperimentale di un sistema di attuazione idraulico per la regolazione dell’angolo del passo di pale eoliche. L’energia eolica è oggi una delle più promettenti nuove forme di energia; ha visto negli ultimi anni una forte crescita in merito allo sviluppo delle turbine eoliche in tutte le aree tecnologiche riguardanti la loro progettazione e costruzione. Una delle più grandi problematiche del momento è quella di aumentare l’efficienza nel processo di prelievo di energia dal vento. La regolazione dell’angolo del passo, applicato nelle turbine eoliche ad asse orizzontale, non solo permette di ottimizzare la raccolta di energia, ma riduce pure i carichi dinamici della struttura delle turbine e mantiene la potenza generata dentro gli standard stabiliti.
In questo testo un modello analitico di un innovativo sistema idraulico per la regolazione dell’angolo del passo è proposto e validato da simulazioni ed esperimenti. Il sistema sfrutta la “switching technology” dell’idraulica digitale, utilizzando una valvola a rapida commutazione e una linea di trasmissione per alimentare un attuatore idraulico; ogni componente è descritto e il modello include gli effetti transitori della rapida commutazione, la non-linearità e perdita della valvola. Inoltre, un confronto con le prestazioni di una valvola tipicamente utilizzata nell'industria eolica per la regolazione dell’angolo del passo è presentata. Scopo di questo studio, è quello di mostrare i vantaggi del nuovo sistema proposto per l’applicazione in termini di efficienza e risparmio energetico. Pretende inoltre, di contribuire allo studio dei sistemi per il controllo dell’angolo del passo per turbine eoliche, fornendo un efficace modello per comprendere, analizzare ed ottimizzare le caratteristiche e prestazioni del sistema.
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Abstract
This master thesis reports on theoretical and experimental investigations of a switched inertance hydraulic system, which is designed for the blade pitch control of a wind turbine. Wind power is nowadays one of the most promising new energy source; it has shown, in the last years, a considerable growth about the wind turbine development in all the technological areas involving their design and construction. One of the biggest current challenges is to increase the efficiency of the wind capture. The blade pitch control, applied in the horizontal axis wind turbine, permits not only to optimize the energy capture, but also to reduce the dynamic loads in the turbine structure, and to maintain the quality of the generated power according to the standard requirements.
In this context, an analytical model of an innovative hydraulic system for pitch control is proposed and validated by simulation and experiments. The system consists of a switching valve, a transmission line and an hydraulic linear actuator; every component is described and the model includes the effect of switching transition, non-linearity and leakage of the valve. In addition, a comparison with a hydraulic system conventionally applied in the wind industry for the blade pitch control is presented. The objective of this study is to show the advantages of the new designed system for the application, in term of more efficiency and energy saving. It also pretends to contribute to the area of pitch control systems for wind turbines, providing a very effective model for understanding, analysing and optimising the characteristics and performance of the system.
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