Investigation of Small-Scale Wind Turbine Blade Design (Wind Tree Model) using CFD Simulation for Application in Low Wind Speed Region

The investigation of the small-scale wind turbine blade for the application in a low wind speed area was studied. Insufficient wind speed is one of the concerns and challenges Malaysia is facing in developing wind energy technology. This is because sufficient wind speed is necessary to move the wind turbine rotor blade in order to generate power. Savonius Wind Turbine (SWT) design was selected as the applicable design for low wind speed that been used in Wind Tree Turbine (WTT) application. The performance of the wind turbine was evaluated based on feasibility of wind speed in selected Malaysia region. Malaysia is classified as having low wind speed region based on the average wind speed collected in this study, which is 2.11 mis. Three (3) different models of SWT blade design were selected to investigate the effect of the shape of blades and number of blades. These models were designed using Autodesk Inventor Professional software and were simulated using ANSYS Fluent software. This simulation was carried out to investigate the performance of the wind turbine in the function of Power Coefficient (Cp), Wind Speed (U), Tip Speed Ratio (TSR), Torque (r), Rotor Speed (RPM) and total Power Wind Turbine (Pw ). It was found that the shape of wind turbine blade and number of wind turbine blades are the most significant factor in designing SWT. For this particular study, Helical-shape with least blade number which is two blades more significant to increase Cp value. The Cp value increases 11.49% from three-blades to two-blades Helical-shape and increases 99.80% from two-blades S-shape to two-blades Helical-shape. These successful of this optimization was concurred by the highest Cp produced.

Penyelidikan terhadap bilah turbin angin berskala kecil untuk aplikasi di kawasan kelajuan angin rendah telah dikaji. Kelajuan angin yang tidak mencuk:upi merupakan salah satu kebimbangan dan cabaran yang dihadapi oleh Malaysia dalam membangunkan teknologi tenaga angin. Hal ini kerana kelajuan angin yang mencuk:upi diperlukan bagi menggerakkan bilah turbin angin untuk menghasilkan kuasa. Dalam kajian ini, turbin angin jenis Savonius (SWT) telah dipilih sebagai reka bentuk yang sesuai digunakan dalam keadaan kelajuan angin rendah bagi aplikasi turbin Pokok Angin (WTT). Prestasi turbin angin dinilai dan diuji berdasarkan kelajuan angin yang telah direkodkan berdasarkan kawasan terpilih di Malaysia. Mengikut kajian yang telah dilaksanakan, Malaysia dikategorikan kawasan kelajuan angin rendah berdasarkan purata kelajuan angin yang direkodkan dalam kajian ini iaitu 2.1 lm/s. Tiga (3) model berbeza bilah SWT telah dipilih untuk mengkaji kesan bentuk bilah dan bilangan bilah. Model ini telah direka menggunakan perisian Autodesk Inventor Professional dan telah disimulasikan menggunakan perisian ANSYS Fluent. Simulasi ini dilaksanakan untuk menyiasat prestasi turbin angin berdasarkan Koefisien Kuasa (Cp), Kelajuan Angin (U), Nisbah Kelajuan Petua (TSR), Daya Kilas ('t), Kelajuan Bilah (RPM) dan jumlah Kuasa Angin Turbin (Pw ). Didapati bahawa bentuk bilah dan bilangan bilah adalah faktor yang paling penting dalam mereka bentuk SWT. Untuk kajian ini, bentuk Heliks dengan nombor bilah paling sedikit adalah lebih penting untuk meningkatkan nilai Cp. Nilai Cp meningkat
11.49% daripada tiga bilah kepada dua bilah bentuk Heliks dan meningkat 99.80% daripada dua bilah bentuk S kepada dua bilah bentuk Heliks. Kejayaan pengoptimuman ini telah dipersetujui oleh nilai Cp tertinggi yang dihasilkan.