Analisi delle prestazioni di una turbina idraulica di tipo TAT con doppia regolazione

Abstract

Nel presente lavoro di tesi si valuta una possibile implementazione di una strategia di regolazione doppia applicata ad una turbina idraulica di tipo assiale per lo sfruttamento di bassi salti geodetici. Ponendo attenzione al panorama energetico globale si è valutato il ruolo della generazione di energia idroelettrica e quanto questa possa apportare in futuro ancora significativi benefici alla popolazione mondiale. Allo stesso tempo l’applicazione della tecnologia in questo campo deve porre attenzione ad un futuro segnato dai cambiamenti climatici. Dopo un’introduzione sulle turbine e sulle differenti tecnologie ad oggi utilizzabili per lo sfruttamento dell’energia idroelettrica viene presentato il caso di interesse oggetto dei calcoli, delle simulazioni, e delle considerazioni che seguono. Il caso studio in oggetto è una turbina innovativa che si pone l’obiettivo di sopperire alle carenze dell’offerta odierna per ottenere energia utile anche dai bacini energeticamente meno promettenti. Si sono affrontate valutazioni delle condizioni operative attraverso calcoli monodimensionali e attraverso simulazioni effettuate con un software di fluidodinamica computazionale (CFD), dopo averne introdotto i principi di funzionamento. Mediante il software sono state create le differenti geometrie che permettono di effettuare le diverse simulazioni al variare delle condizioni di funzionamento della macchina e, dunque, al variare della portata in ingresso. Ad ogni portata considerata corrisponde una geometria differente, per la quale vengono individuati gli appropriati angoli di calettamento di statore e rotore. Si sono poi effettuati i confronti con le altre tipologie di regolazione, e configurazioni operative, già studiate precedentemente relativamente la macchina in oggetto, individuando così quale risulti più appropriata ai differenti contesti.

This thesis work evaluates a possible implementation of a dual control strategy applied to an axial hydraulic turbine. Paying attention to the global energy panorama, the role of hydroelectric power generation and its potential to bring benefits to the world population in the future is evaluated. In addition, the use of technology in this area needs to take climate change into account. The many technologies currently used for turbines are described, and a specific case of interest is identified for the calculations, simulations, and subsequent considerations. The turbine which is studied is an innovative one that seeks to overcome the shortcomings of the current offerings and obtain useful energy even from less promising reservoirs. Evaluations of the operating conditions were addressed through one-dimensional calculations and simulations carried out with computational fluid dynamics (CFD) software, after having introduced the operating principles. Using the software, various geometries have been created to perform different simulations, which have been made varying the machine operating conditions at the different inlet flow rates. Comparisons are made with other types of control strategies and operational configurations that have been previously studied for the specific machine, thus identifying the most appropriate approach for different contexts.