Lleihau cost ynni o Dyrbinau Gwynt oddi ar y Lan: Astudiaeth arbrofol o ffwyliau aer (airfoils) trwchus iawn â chefn gwastad

Mawrth 11, 2020
"Distant Wind Farm" by Lee-Anne Inglis

Mae defnyddio Tyrbinau Gwynt oddi ar y Lan i greu ffynhonnell ynni glân, adnewyddadwy yn ddigon cyfarwydd. Mae’r gallu i harneisio pŵer y gwynt a gynhyrchir allan yn y môr yn golygu bod ffynhonnell ddiderfyn, nad yw’n llygru, gyda’r manteision ychwanegol o fedru cynnal unedau llawer mwy o ran capasiti a maint (na ffermydd gwynt ar y lan), heb gael cymaint o effaith weledol ac o ran sŵn.

Un o nodweddion dylunio allweddol y tyrbinau yw eu llafnau. Fel adenydd awyren, mae gan lafnau tyrbinau gwynt gyfres o broffiliau ffwyliau aer. Fodd bynnag, mae gan lafnau tyrbinau gwynt ofynion penodol. Wrth i faint tyrbinau gwynt gynyddu (gweler Ffigur 1) i leihau cost ynni a lefelwyd, mae eu llafnau’n mynd yn deneuach, ac mae angen ffwyliau aer sydd gryn dipyn yn fwy trwchus. Mae cymhareb codi-llusgo uchel yn hanfodol wrth ddylunio llafn tyrbin effeithlon, fel y mae rheoli’r llif.

Bydd prosiect a ddyfarnwyd yn ddiweddar, dan arweiniad Dr Marinos Manolesos, yn defnyddio’r technegau mesur diweddaraf i archwilio ffwyl aer trwchus iawn a’r posibilrwydd o reoli ei berfformiad yn ddeinamig.

Nod Dr Manolesos yw defnyddio’r cyfleuster twnel gwynt gwerth £1.2 miliwn i leihau cost ynni o Dyrbinau Gwynt oddi ar y Lan trwy arloesedd a dyluniad newydd. Lluniwyd twnel gwynt Prifysgol Abertawe yn benodol i brofi modelau ffwyliau aer o dan amodau statig a deinamig, gan ddefnyddio mesuriadau grym, gwasgedd a buanedd.

Mae ffwyliau aer fel y rhai a ddefnyddir ar y tyrbinau mwy wedi lleihau’r uchafswm codiad, ac yn aml iawn mae’r llif yn cael ei wahanu. Yn ogystal â gostwng lefel perfformiad fel hyn, mae oes y tyrbin yn cael ei fyrhau. Un ateb i’r heriau a achosir gan ddefnyddio ffwyliau aer traddodiadol trwchus iawn yw defnyddio ffwyliau aer â chefn gwastad.

Mae’n hysbys bod gan broffiliau â chefn gwastad ymyl llusgo (TE) aflym, a’u bod yn darparu codiad uwch a llai o sensitifrwydd tripio. Ond mae’r ymchwil yn y maes hwn yn gyfyngedig, yn arbennig o ran (a) pa mor aflym y gall y TE fod cyn i hynny gael effaith negyddol a (b) y posibilrwydd o reoli llif deinamig.

Y Twf Disgwyliedig ym Maint Tyrbinau oddi ar y Lan ar lefel Fyd-eang
Ffigur 1: Y Twf Disgwyliedig ym Maint Tyrbinau oddi ar y Lan ar lefel Fyd-eang. Ryan Wiser et al, Reducing Wind Energy Costs through Increased Turbine Size: Is the Sky the Limit? Astudiaeth labordy Berkeley yn dangos bod cryn botensial i raddio tyrbinau ymhellach, Tachwedd 2016

Amcanion

Amcanion y prosiect hwn yw:

1. Ymchwilio i berfformiad aeroddeinamig ffwyl aer sydd â TE trwchus iawn (cord 20%) ar rif Reynolds uchel (Re ≈ 2M)

2. Ymchwilio i briodweddau ôl ansefydlog yr un ffwyl aer trwy ddefnyddio microffonau a weiriau poeth i gynhyrchu mesuriadau cyfun gwasgedd a buanedd ansefydlog

3. Archwilio’r posibilrwydd o reolaeth ddeinamig ar berfformiad ffwyliau aer

Gweithio gyda Vestas

Bydd Dr Manolesos yn gweithio gyda Vestas, cynhyrchydd tyrbinau gwynt mwyaf y byd, i gynnal prawf twnel gwynt cyntaf y byd ar ffwyl aer cefn gwastad sydd â TE mwy trwchus nag 17.5%.

Yn y lle cyntaf, bydd model ffwyl aer trwchus traddodiadol 36% (a ddarperir gan Vestas Technology UK) yn cael ei brofi, a bydd y canlyniadau’n cael eu profi yn erbyn data perchnogol (fydd hefyd yn cael ei ddarparu gan Vestas) o wahanol Dwneli Gwynt. Yna bydd ffwyl aer wedi’i addasu sydd ag ymyl llusgo (TE) 20% o drwch (gweler Ffigur 2) yn cael ei brofi. Bydd y synwyryddion microffon diweddaraf (Knowles FG-23629-P16) ar yr aden, ar hyd cord y proffil (i astudio’r pontio) ac ar hyd cwmpas y TE (i astudio amleddau’r ôl a’i natur 3 Dimensiwn).

Yn dilyn y profion cefn gwastad, bydd nifer o brofion rheolaeth ddeinamig yn dilyn, gan ddefnyddio dyfais fflap addas (gweler Ffigur 2). Dyma fydd y tro cyntaf i’r ddyfais fflap gael ei phrofi (a) ar ffwyl aer sydd â TE o’r trwch yma a (b) o dan amodau pitsio.

Ffigur 2: Bydd ffwyl aer trwchus traddodiadol 36% (llinell las tywyll solet) yn cael ei drawsffurfio’n ffwyl aer anghonfensiynol â TE 20% o drwch trwy ddefnyddio dwy letem (llinellau gwyrdd toredig). Bydd fflap pitsio (llinell aur solet) yn cael ei brofi i archwilio amrywiadau deinamig y llwyth ar y ffwyl aer. Dynodir y microffonau â chylchoedd du.

Canfyddiadau

Mae’r gwaith ymchwil hwn yn golygu bod modd profi’r posibilrwydd o ddefnyddio’r ddyfais fflap arloesol a’i addasrwydd ar gyfer rheolaeth ddeinamig am y tro cyntaf. Cyflwynir y canfyddiadau cychwynnol yng Nghynhadledd Gwyddor Ynni Gwynt 2021 (WESC) o Academi Ynni Gwynt Ewrop (EAWE) ar 25 – 28 Mai 2021 ym Mhrifysgol Leibniz Hannover.

I gael rhagor o wybodaeth ewch i weld Dr Marinos Manolesos neu e-bostiwch: Marinos.Manolesos@Swansea.ac.uk

“Fferm Wynt oddi ar y Lan yn Teeside” gan Paul Howzey

Other News