Optimization for Initial Design of Horizontal Axis Wind Turbines
Authors
Molnar, Daniel ; Albertsson, Halldór
Term
4. term
Education
Publication year
2017
Pages
133
Abstract
Denne afhandling præsenterer BladeOpt, et Matlab-baseret optimeringsværktøj til de tidlige designfaser af vinger til horisontale aksevindmøller. Formålet er at forkorte den indledende modelleringsfase og systematisk afveje to centrale mål: at maksimere den årlige energiproduktion (AEP) og samtidig minimere vingens masse, underlagt designgrænser, konstruktive restriktioner og sikkerhedsfaktorer. Værktøjet bygger videre på forfatternes tidligere analyseplatform IMHAWT og kombinerer aerodynamik og strukturmekanik: AEP og effektkurver beregnes med Blade Element Momentum (BEM)-metoden, mens strukturel respons og masse estimeres via bjælke-baseret finitte elementer (FEM). En gradientbaseret fler-måls optimeringsstrategi er implementeret, hvor følsomheder bestemmes med fremad-differens og direkte differentiering, og optimeringsproblemet løses med sekventiel lineær programmering (SLP). En NREL 5 MW referenceturbinemodel anvendes som baseline, og fire casestudier med forskellige mål og indstillinger illustrerer værktøjets anvendelighed. Rapporten indeholder desuden valideringsaktiviteter for effektkurve, AEP og FEM-beregninger. Da nærværende uddrag ikke indeholder resultater, rapporteres der ikke kvantitative forbedringer, men arbejdet demonstrerer en sammenhængende metode til tidlig, begrænsningsstyret optimering af vindmøllevinger.
This thesis presents BladeOpt, a Matlab-based optimization tool for the early design of blades for horizontal-axis wind turbines. The goal is to shorten the initial modeling phase while systematically balancing two key objectives: maximizing annual energy production (AEP) and minimizing blade mass, subject to design bounds, structural constraints, and safety factors. Building on the authors’ prior analysis platform IMHAWT, the tool couples aerodynamics and structural mechanics: AEP and power curves are computed using the Blade Element Momentum (BEM) method, and structural response and mass are evaluated using beam-based finite element analysis (FEM). A gradient-based multi-objective optimization strategy is implemented, with sensitivities obtained via forward differences and direct differentiation, and the problem is solved using Sequential Linear Programming (SLP). The NREL 5 MW wind turbine serves as a baseline, and four case studies with different aims and settings are used to demonstrate the tool’s capabilities. The thesis also includes validation activities for power curve, AEP, and FEM calculations. As this excerpt does not include results, no quantitative improvements are reported here, but the work establishes an integrated, constraint-driven approach for early-stage wind turbine blade optimization.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Keywords
Documents