Multi-disciplinary design optimization of wind turbine blades including passive load control techniques

Abstract

The objective of the current PhD thesis is the optimal design of DTU-10MW RWT wind turbine blades, for minimum Levelized Cost of Electricity (LCoE) by combining different passive load control techniques. Such techniques that have been investigated in this thesis are the material and geometric BTC and FEC. The optimization is based on the multi-disciplinary aero-elastic optimization approach, considering in a common loop the aerodynamics (e.g. chord or/and twist distributions) and the structural (e.g. wall thicknesses) characteristics as well as the load control parameters. In the context of this research, various optimization techniques have been used and compared, like COBYLA, SLSQP and Newton’s methods that are more often employed in the existing literature.

Αντικείμενο της διατριβής είναι ο βέλτιστος σχεδιασμός πτερυγίου ανεμογεννήτριας DTU-10MW RWT, με στόχο την ελαχιστοποίηση του σταθμισμένου κόστους ενέργειας (LCoE), συνδυάζοντας τεχνικές παθητικού ελέγχου φορτίων. Σε αυτή τη διατριβή, έχουν αξιολογηθεί τέτοιες τεχνικές με εφαρμογή δομικής και γεωμετρικής σύζευξης κάμψης/στρέψης (BTC) και κάμψεων πτερύγισης/ περιστροφής (FEC). Η πολυ-πεδιακή βελτιστοποίηση περιλαμβάνει σε κοινό βρόχο τα αεροδυναμικά (π.χ. κατανομή χορδής και συστροφής) και δομικά (π.χ. πάχη τοιχωμάτων) χαρακτηριστικά καθώς και τις παραμέτρους παθητικού ελέγχου φορτίων. Στο πλαίσιο της έρευνας, έχουν αξιολογηθεί (και συγκριθεί) διάφορες τεχνικές βελτιστοποίησης όπως: COBYLA, SLSQP και η μέθοδος Newton.