Analisi fluidodinamica ed acustica di appendici palari per turbina eolica di piccola taglia e studio preliminare di sistema di accumulo in aria compressa

Recently, the technology development in renewable energy sector, especially for wind energy, has brought a wide presence of large and small wind turbines in rural areas. For these applications, noise emitted from rotating blades is a hot topic in worldwide scientific research. On the other hand, in the sight of an evolved electric system the delivery of energy storage systems is crucial. Thus, the study of storage techniques alternative to batteries is of absolute scientific and industrial interest. The research work here presented is aimed at the study of aerodynamic appendages known as Trailing-Edge Serrations (TES) conceived for wind turbine blades noise mitigation and at the preliminary evaluation of an energy storage system, both applicable to small wind turbines. The experimental campaign has firstly seen the fluid-dynamic study of TES from global and local points of view by the use of a fixed wing model with high performance NACA 642 014A airfoil, placed in the wind tunnel. Results allowed the evaluation of different aerodynamic performance due to the presence of the appendages, in order to foresee them impact on power production. Secondly, experiments proceeded with the acoustic characterization of TES applied to a rotating blade model placed in the semi-anechoic chamber. By a special measurement setup and the use of most recent algorithms for sound source localization, the acoustic footprint of the model with and without TES has been analysed, resulting in global noise emission and noise source mapping. The whole has been accompanied by a study of a Compressed Air Energy Storage (CAES) system of small size designed to support small wind turbine power production for electric supply of remote areas.

Lo sviluppo tecnologico nel settore delle fonti rinnovabili, in particolare quello eolico, ha portato negli ultimi anni ad una forte presenza di aerogeneratori di grande e piccola taglia nelle zone rurali. In tali contesti applicativi, la problematica del rumore emesso dalle pale in rotazione è tuttora oggetto della ricerca scientifica mondiale. D’altra parte, in un panorama di transizione verso un sistema elettrico evoluto diviene cruciale l’applicazione di sistemi di stoccaggio dell’energia, pertanto lo studio di tecniche di accumulo alternative alle batterie è di assoluto interesse scientifico ed industriale. Il lavoro di ricerca è volto allo studio di appendici aerodinamiche note come Trailing-Edge Serrations, atte alla riduzione del rumore prodotto dalle pale di turbine eoliche, e allo studio preliminare di un sistema di accumulo, entrambi in applicazione agli aerogeneratori di piccola taglia. La campagna sperimentale ha visto dapprima la caratterizzazione fluidodinamica delle appendici effettuata in galleria del vento con test di tipo globale e locale, mediante l’impiego di un modello di ala con profilo NACA 642 014A ad alte prestazioni. I risultati hanno permesso di valutare le diverse qualità aerodinamiche di un tratto di pala eolica dovute alla presenza delle appendici allo scopo di prevederne l’impatto sulla produzione elettrica. I test sono proseguiti con la caratterizzazione acustica delle stesse appendici applicate stavolta ad un modello di pala rotante, posto in camera semi-anecoica. Grazie ad un set-up di misura appositamente progettato e ad innovativi algoritmi di localizzazione acustica è stata analizzata l’impronta sonora del modello con e senza appendici, in termini di emissione complessiva e mappatura delle sorgenti sonore. Il tutto è stato corredato dallo studio di un sistema di accumulo energetico di tipo “CAES” (Compressed Air Energy Storage) di taglia ridotta per il supporto alla produzione da fonte mini-eolica in ambiti di fornitura elettrica in zone remote.