Μελέτη Και Σχεδίαση Γεννητριών Αξονικής Ροής Με Χρήση Αλγόριθμων Εξελικτικού Υπολογισμού Για Μικρές Ανεμογεννήτριες Αγροτικών Εφαρμογών

Abstract

Στην παρούσα εργασία πραγματεύεται η μελέτη και βελτιστοποίηση μικρών γεννητριών αξονικής ροής μονίμων μαγνητών χωρίς πυρήνα στον στάτη για αιολικές εφαρμογές, σε εύρος ισχύος από 3 έως 6 KW, για την χρησιμοποίηση τους σε αγροτικές περιοχές.Γίνεται μια εισαγωγή στην έννοια της ενδιάμεσης τεχνολογίας και δίνονται κάποιες βασικές πληροφορίες όσον αφορά την μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε μηχανική και στην συνέχεια σε ηλεκτρική μέσω της ανεμογεννήτριας. Στην συνέχεια αναφέρονται κάποιες βασικές διαφορές και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ των γεννητριών ακτινικής και αξονικής ροής. Επίσης γίνεται βιβλιογραφική αναφορά στα είδη και τις τοπολογίες γεννητριών του συγκεκριμένου είδους καθώς και μια στοιχειώδης ανάλυση της θεωρίας τους.Παρουσιάζεται η πλήρης γενική διαστασιολόγηση αυτών των γεννητριών στην οποία συμπεριλαμβάνεται η εύρεση των ονομαστικών μεγεθών λειτουργίας και των διαστάσεων βασικών στοιχείων αυτών. Βρίσκονται οι διαστάσεις των μαγνητών και των πηνίων καθώς και το συνολικό κόστος, βάρος και όγκος των γεννητριών σε όλες τις ισχύς όπου και θα χρησιμεύσουν στην διαδικασία της βελτιστοποίησης.Βασισμένη στην παραπάνω διαστασιολόγηση ακολουθεί η βελτιστοποίηση με τις μεθόδους Particle Swarm Optimization (PSO) και Homogeneous Particle Swarm Optimization (HPSO) αφού πρώτα έχει γίνει αναλυτική αναφορά στην θεωρία των συγκεκριμένων αλγόριθμων βελτιστοποίησης που χρησιμοποιούνται. Οι μεταβλητές που βελτιστοποιούνται είναι ο λόγος πλάτους μαγνήτη προς πλάτος πολικού βήματος ai και ο λόγος εσωτερικής προς εξωτερική ακτίνα kd με κριτήρια το κόστος, την μάζα, τον όγκο και την απόδοση. Ακόμα χρησιμοποιούνται συνδυασμοί αυτών των κριτηρίων στην περίπτωση βελτιστοποίησης με την μέθοδο HPSO. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αναλυτικά με πίνακες αποτελεσμάτων και γραφικές παραστάσεις και γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων με χρήση του μαγνήτη Ν40 και του μαγνήτη Ν45.Στην συνέχεια γίνεται θερμική ανάλυση σύγχρονης γεννήτριας 3 KW όπου αφού γίνει ανάλυση της σχετικής θεωρίας, χρησιμοποιείται το μοντέλο συγκεντρωμένων παραμέτρων και συγκρίνονται τα αποτελέσματα με τις πειραματικές μετρήσεις.Τέλος συζητούνται τα αποτελέσματα και κατατίθενται βελτιωτικές προτάσεις.