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L’energia eolica rappresenta una delle principali fonti di energia rinnovabile.
Negli ultimi anni c’è stata una crescita esponenziale nello sviluppo di impianti di potenza eolici. Oggigiorno, nel mondo, il vento contribuisce alla generazione del 5 % dell’elettricità con una potenza installata di 393 GW in più di 100 paesi [WWEA, 2014]. L’Unione Europea rappresenta la regione con la più alta capacità installata e concentrazioni di windfarm, diventando la seconda fonte rinnovabile dopo l’idroelettrico.
Attualmente la maggior parte degli impianti eolici è costituita da turbine ad asse orizzontale (HAWT), sia in configurazione singola che in schiera. Lo sviluppo di questo tipo convenzionale di turbine è stato favorito dalle alte efficienze; queste non sono però adatte a tutti gli scopi.
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse nelle applicazioni eoliche offshore. In un primo tempo la costruzione di impianti in acque poco profonde ha contribuito allo sviluppo della tipologia HWAT. La necessità di spostarsi in siti maggiormente lontani dalle coste, in acque profonde ha mostrato i limiti di questa tecnologia.
L’obiettivo di ridurre i costi degli impianti offshore ha portato a riemergere un interesse verso la tecnologia delle turbine ad asse verticale(VAWT) in particolare nelle applicazioni con piattaforme galleggianti, con diversi vantaggi rispetto alle HAWT. Allo stesso tempo c’è stato un interessamento verso questo tipo di turbine ad asse verticale come promettenre alternativa rispetto alle HAWT nell’applicazione delle piccole potenze, in particolare per applicazioni domestiche in aree urbane.
In questo elaborato di tesi si vuole analizzare con un modello 3D CFD le performance di un VAWT, del tipo Darrieus. L’obiettivo è quello di avvicinarsi alla simulazione di una turbina in funzionamento offshore su piattaforma galleggiante.
Nel I e II capitolo sono riportate le caratteristiche generali delle turbine eoliche; si presenta un focus sullo stato dell’arte delle turbine ad asse verticale di tipo Darrieus e dei concept proposti per applicazioni offshore, quindi una breve analisi sulle piattaforme galleggianti. Si procede quindi all’analisi delle caratteristiche delle VAWT, precisando i fenomeni aereodinamiche e i parametri con cui vengono studiate.
Nel terzo capitolo si descrive brevemente l’approccio di calcolo e quindi le caratteristiche generali della Computational Fluid Dynamics; si approfondiscono i modelli di turbolenza utilizzati, si mostra una panoramica sulle tecniche di costruzione delle griglie e quindi sulle differenze fra un approccio 2D-3D.
Nel quarto capitolo si delineano gli obiettivi della simulazione, quindi si descrive la geometria della turbina e si mostrano le griglie utilizzate. Vengono quindi presentate le impostazioni vere e proprie del software di simulazione.
Nel quinto capitolo si riportano i risultati delle simulazioni per la turbina in configurazione standard. Quindi la validazione del modello utilizzato. Viene studiato lo sviluppo del profilo verticale di velocità, wind shear per poter studiare la turbina in condizioni reali. Infine viene simulata la turbina in configurazione inclinata, operazione propedeutica alla simulazione finale.
Nel sesto capitolo si descrive il percorso seguito che ha portato alla simulazione completamente dinamica, in particolare la scelta del moto della piattaforma oscillante. Si interpretano infine i risultati ottenuti.