Upload
mustafailgen
View
257
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 1/33
ÖNSÖZ
Bu proje Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi yönetmeliği gereğincehazırlanmıştır. Bu projenin amacı Rüzgar Enerjisinden Faydalanarak Elektrik Üretiminin gerçekleşmesi hakkında bilgi edinmek ve uygulamaları hakkındaaraştırmalarda bulunmaktır.
Proje mühendislik ve genel bilgi vermek amacı ile hazırlanmış olup Rüzgar Enerjisi Sistemleri ,Rüzgar Çiftliği için gerekli Parametrelerin İncelenmesi , Rüzgar -Dizel Elektrik Üretim Sistemleri , Rüzgar Enerjisiyle ile Panel Isıtma -Soğutma
ve Rüzgar Türbinlerinin Çevresel Etkileri hakkında temel bilgiler verilmiş vemühendislikte gerekli ve yararlı olan noktalar üzerinde durulmuştur.
Elektrik enerjisi üretimi amacıyla rüzgar enerjisi kullanımı, 1973-1974’deyaşanan ilk petrol krizinin ardından, enerji arzı güvenliği, ithal enerji kaynağı
bağımlılığından kurtulma ve fiyat istikrarı gereksinimlerinden dolayı tekrar ilgigörmeye başladı. Hemen tüm Avrupa ülkeleri ve A.B.D.’de yenilebilir enerjikaynakları için ulusal Ar-Ge programları başlatıldı. Programlar kapsamında,kurumsal veya kişisel uygulamaları ekonomik bakımdan desteklemek amacı ileulusal ve uluslararası hibe ve kredi kaynakları oluşturuldu. Koliforniya’da 80’liyıllarda, Koliforniya’lı büyük elektrik şirketlerince başlatılan geniş ölçekli rüzgar
çiftliği uygulamaları, hem teknolojinin ilerlemesi hem de rüzgar enerjisinin diğer enerji kaynakları ile yarışabilirliğinin kanıtlanması anlamında çok önemli deneyimve bilgi birikimi sağladı. 90’lı yıllar, Avrupa Topluluğu’nun 1991 yılında hazırlattığı‘ Rüzgar Enerjisi Strateji Dokümanı ‘ ile belirlenen ve o günlerde çok iyimser olduğusöylenen kurulu güç artış öngörümlerine ulaşılması için hazırlanan çeşitli projelerle
başladı.
Rüzgar enerjisi veya rüzgar gücünün üstünlüğü yaygın ve tükenmez olmasındankaynaklanmaktadır. Rüzgar enerjisi diğer enerji biçimlerine göre ısıl yada maddikirlenmeye yol açmaz. Düşük yoğunlukta olması, güç / alan oranı ve düzensizliğidezavantajlarını oluşturur. Rüzgar düzensizliğine rağmen sıvı yakıtlara göre
istatistiksel öngörümü kolay ve güvenilir bir kaynaktır.
1
1
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 2/33
İÇİNDEKİLER
KONULAR SAYFA NO:
RÜZGAR ÇİFTLİĞİ TASARIMI İÇİN GEREKLİ PARAMETRELERİN İNCELENMESİ.........3
Çiftlik bölgesindeki rüzgar hızı değerlerinin incelenmesi.................................................................4
Enerji Üretiminin İncelenmesi...........................................................................................................4Gürültü değerlerinin incelenmesi.......................................................................................................5Elektriksel altyapı tasarımı.................................................................................................................5Çiftlik arazisi incelemesi ön alt yapı çalışmaları................................................................................6Ekonomik analiz.................................................................................................................................7Teknik fizibilite ve mühendislik tasarımları.......................................................................................7Rüzgar Şarjörleri.................................................................................................................................8Elektrik Şirketleri İçin Elektrik Üretimi.............................................................................................8RÜZGAR ÖZELLİKLERİ.................................................................................................................9ENERJİ VE GÜÇ...............................................................................................................................9
Rüzgar Güç Değerlerini Etkileyen Faktörler..................................................................................11RÜZGAR ENERJISI ÇEVRIM SISTEMLERI................................................................................12Sürükleme cihazı...............................................................................................................................13Kaldırma cihazı.................................................................................................................................13Rotor eksenin konumu......................................................................................................................14Sistemin tanımı.................................................................................................................................14Çalıştırma..........................................................................................................................................15Kontrol..............................................................................................................................................15RÜZGAR ENERJİSİNİN ELEKTRİK ENERJİSİNE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ...............................17RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİNİN SINIFLANDIRILMASI.................................................17Rüzgar türbinlerinin sınıflandırılması...............................................................................................18Yatay eksenli rüzgar türbinleri..........................................................................................................19Düşey eksenli rüzgar türbinleri..........................................................................................................19
Eğik eksenli türbinler.........................................................................................................................20Rüzgar enerjisi ile enerji üretiminin öngörümü.................................................................................20Jeneratör büyüklüğü...........................................................................................................................20Rotor alanı ve rüzgar haritası.............................................................................................................21Hesaplanan Yıllık enerji....................................................................................................................22RÜZGAR ENERJİSİ POTANSİYELİNİN TESPİTİ........................................................................23TÜRKİYE DE YÜRÜTÜLEN ÇALIŞMA VE ARAŞTIRMALAR................................................23Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü......................................................................................24TÜRBİNLERİN İNCELENMESİ.....................................................................................................24Rüzgar Durumuna Göre Rüzgar Türbininin Çalışması Ve Durdurulması.........................................25İletim Dağıtım Ve Toprağa Bağlama.................................................................................................27Rüzgar Enerjisinin Genel Değerlendirmesi........................................................................................28Kaynaklar............................................................................................................................................30
2
2
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 3/33
1.1.RÜZGAR ÇİFTLİĞİ TASARIMI İÇİN GEREKLİ PARAMETRELERİNİNCELENMESİ
Rüzgar enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları arsında en büyük potansiyele
ve kullanım alanına sahiptir. Teknolojik gelişimin hızla sürdüğü rüzgar enerjisi
endüstrisinde, üretilen elektriğin oldukça ekonomik oluşu da bu enerjiye olan ilgiyi
kaçınılmaz hale getirmektedir.
Bu enerjiden en ekonomik ve en verimli düzeyde yararlanabilmek için, ilk yatırım maliyetinin yüksek oluşu da dikkate alınarak kapsamlı fizibilite
çalışmalarının yapılması gerekmektedir.
Hızla gelişen bu endüstride gerçekçi bir yatırım için yapılması gereken
incelemeler şöyle sıralanabilir; rüzgar çiftliğinin kurulacağı bölgenin belirlenmesi,
bölgenin ön değerlendirmesi, rüzgar verisi gözlemleri veri analizi, rüzgar yapısı
modellenmesi mikro konuşlandırma, alt yapı tasarımı, türbin seçimi, enerji üretimi
değerlendirmesi, ekonomik analiz ve çevre etki değerlendirmesi.
Bugünkü tüketim oranları baz alınarak yapılan hesaplamalara göre,
günümüzde yaygın olarak kullanılan fosil yakıtlarından kömürün 240, petrolün 43 ve
doğal gazın 67 yıl sonra tükeneceği belirtilmektedir. Bunların neden olduğu çevre
kirliliği de göz önünde bulundurulduğu zaman yüksek bir nüfus artışı oranına sahip
olan Türkiye’nin yakın bir gelecekte mümkün olan bütün enerji kaynaklarına ihtiyaç
duyacağı inkar edilemez bir gerçektir. Bugünkü enerji planlamaları ve bunlarınsonucunda yüz yüze gelinen çevreci karşı çıkışlar, gerek fosil yakıt kullanan
santrallerin, gerekse geleceği halen açıklık kazanmayan nükleer enerji kullanımının
önünü tıkamaktadır. Bunun yerine yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarına
olan ilgiyi arttırmakta ve bunların kullanımını desteklemektedir.
3
3
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 4/33
1.1.1.Çiftlik bölgesindeki rüzgar hızı değerlerinin incelenmesi
Bir rüzgar çiftliğinin ekonomik uygulanabilirliği incelenirken dikkate
alınacak en önemli parametre öngörülen uzun dönem ortalama rüzgar hızıdır. Bu,
rüzgar çiftliği kurulması düşünülen bölgede yapılan ölçümlerle birlikte sayısal
modelleme kullanılarak yapılır.
Belirlenecek uzun dönem ortalama rüzgar hızı değeri için yüksek bir
güvenilirlik tesis etmek amacıyla çiftlik bölgesinde yapılacak gözlemlerle yakın
civarda bulunan bir meteoroloji istasyonundan alınacak veri birlikte kullanılır.
Çiftlik bölgesine bir rüzgar verisi ölçüm sistemi (anemometre) kurularak, ölçümler
yapılır ve analiz edilir. Bu veri daha sonra meteoroloji istasyonundan elde edilen -
aynı döneme ait - eş zamanlı veriyle karşılaştırılır. Elde edilen sonuçlar meteorolojiistasyonunda mevcut eski veriye uygulanarak, çiftlik kurulması düşünülen bölgenin
uzun dönem rüzgar verisi elde edilmiş olur. Bu inceleme programı, rüzgar hızının
uzun dönem ortalamasının, hızın yıllara göre, aylık ve ortalama günlük değişiminin,
rüzgar gülünün Weibull Parametreleri’nin (genel ve sektörel) ve türbülans yoğunluğu
rejiminin belirlenmesini sağlar.
Bu verilerin güvenilirlikleri, tamamen çiftlik alanında yapılan gözlemlerin
kapsadığı zaman aralığına ve bu veriyle meteoroloji istasyonundan elde edilen veri
arasındaki korelasyonun derecesine bağlıdır. Yukarıda bahsedilen çıktılara, hata
sınıfı belirlenerek, yetkinlik kazandırılabilir.
1.1.2. Enerji Üretiminin İncelenmesi :
Bir rüzgar çiftliğinin net enerji üretimi, projenin ekonomik açıdan
uyğulanabilirliğinin belirlenmesindeki anahtar faktörlerden birisidir. Bu, bilgisayar
ortamında hazırlanan modeller kullanılarak hesaplanır.
4
4
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 5/33
Dijitize edilmiş yeryüzü verisi, rüzgar türbini verisi (geometrik yapısı, güçeğrisi, devreye girme vb.) rüzgar hızı ve yönü dağılımları, rüzgar profili ve türbülans
düzeylerini rüzgar türbini dizilişiyle birleştirerek, türbinlerin tek tek ve birarada
üretecekleri yıllık enerji miktarları hesaplanır. Bu hesaplamalarda, çiftlik
bölgesindeki akış değişimleri ve iz bölgesi etkileri (wake effects) de dikkate
alınmalıdır. Elektrik sisteminde meydana gelebilecek diğer kayıplar da bu hesaba
dahil edilebilir. Prosedürün etkileşimli olarak kullanılmasıyla türbin dizilişini
optimize etmek ve böylece enerji üretimini, dolayısıyla karlılığı en yüksek değerineyükseltmek de mümkündür.
Bu işlemler sonucunda rüzgar çiftliğinin toplam ve ayrı ayrı her türbinin
beklenen yıllık enerji üretimi miktarı elde edilir. Buna bağlı olarak da rüzgar
çiftliğinin kapasite faktörü hesaplanarak, çiftliğin verimi belirlenir.
1.1.3. Gürültü değerlerinin incelenmesi :
Rüzgar çiftliğinin meydana getireceği gürültü etkisinin dağılımı, çiftliğin
kabul edilebilirliğinin ortaya konulmasında önemli bir parametredir. Bu nedenle
rüzgar çiftliği içerisinde ve civarındaki her noktada gürültü düzeylerinin meteorolojik
koşullara göre belirlenmesi gerekir.
Bu belirlemeleri yapabilmek için mesafe, atmosferik ve yeryüzü
apsorpsiyonu gibi faktörleri de içeren bir gürültü yayılma modeli kullanılır. Model
için gerekli olan girdi, yeryüzü verisi ile her türbinin gürültü karakteristikleri vedizilişleridir. Ayrıca meteorolojik etkiler de buna dahil edilir. Model yardımıyla
çiftlik düzenini optimize ederek gürültü düzeyini en az düzeye indirmek mümkündür.
Burada, kullanılan öngörü tekniği tek tek her nokta için hesaplamaların
yapılmasına olanak sağlamaktadır. Böylece civardaki bir yerleşim yerinde
gözlenecek gürültü değerleri belirlenebilmektedir. Ayrıca gürültü düzeyi kontürleri
çizilmiş haritaların elde edilmesi de mümkün olmaktadır.
1.1.4. Elektriksel altyapı tasarımı :
5
5
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 6/33
Rüzgar çiftliği planlamalarında ihmal edilen özelliklerden bir tanesi deelektriksel altyapının durumudur. Bu, rüzgar çiftliğinin yatırım maliyeti, enerji
üretimi ve dolayısıyla karlılığı üzerinde önemli etkilere neden olabilmektedir.
Elektrik sistemindeki kayıplar tipik olarak rüzgar çiftliğini toplam üretimin %2 - 3 ‘ü
kadardır. Bu nedenle optimum hat ve transformatörlerin belirlenmesi gereklidir. Bu
amaçla hazırlanacak modelde alternatif akımlı elektrik sistemlerinin durumlarının
detaylarıyla birlikte, rüzgar hızı dağılımı ve türbinlerin performans detayları veri
olarak kullanılır. Maliyetlerin ve iletim hatlarıyla transformatörlerin belli bir alan içinenerji kayıplarının veri tabanı kullanılarak yatırım maliyetleri ve enerji kayıpları
hesaplanır. Alınan enerji ve reaktif güç miktarları ayrıca belirlenmektedir. Daha
sonra basit bir yatırım - kazanç testi yardımıyla en ekonomik durum belirlenir.
Yapılan hesaplamalar sonucunda maliyetleri, enerji kayıplarının kaynaklarını ve
reaktif güç gereksinimlerini gösteren bir tablo oluşturulur. Şebeke boyunca voltaj
profilleri de hesaplanarak sunulur.
1.1.5.Çiftlik arazisi incelemesi ön alt yapı çalışmaları :
Rüzgar çiftliği ekonomisinde önemli bir faktör de inşaat işlemleri, erişme
yolları (geçici veya daimi) yapımı, ara istasyonlar ve kontrol binası yapımını içeren
altyapı işlemleridir. Bu işlerin maliyeti tipik bir rüzgar çiftliği için toplam proje
maliyetinin yaklaşık %30 - 40’ı kadardır. Bu çalışmalar inşa periyodunun özellikle
kış aylarında önemli etkilere neden olabilmektedir. Dolayısıyla, bu faktörlerin
projenin ilk aşamalarında belirlenmesi büyük önem arz etmektedir.
Gerekli zaman ve maliyetlerinin tahminlerinin iyilik derecesi önceden ele
alınan tasarım çalışmalarının kalitesine bağlıdır. Altyapı tasarımı bölgenin
ziyaretinden ve döneme kazılarından elde edilen veriye dayalı olarak yapılır. Ana
hatları oluşturacak parametreler bir rüzgar çiftliğinin ön tasarımının yapılabileceği
yeterlilikte oluşturulur. Bu aşamada, taşıtların geçiş yolları ve türbinlerin kurulması
ile ilgili potansiyel problemler belirlenir.
6
6
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 7/33
Bu işlemler sonucunda bölgenin ziyaretinden ve incelemelerden elde edilenveri sunulur. Bütçe tahmini yapılabilecek detaylara sahip bir ön tasarım hazırlanır.
1.1.6. Ekonomik analiz :
Bir rüzgar çiftliği bölgesinin uzun bir dönem enerji üretiminin tahminin ve
türbin sayısı ile türbin kapasitesinin kararlaştırılması için proje maliyetinin
belirlenmesi gereklidir. Geri ödeme oranı (Internal Rate of Return, IRR) ve net
bugünkü değer (Net Present Value, NPV)’in belirlenmesi için rüzgar çiftliği
projesinde ekonomik analiz olanak sağlayan bir model kullanılır.
Rüzgar çiftliği düzeni, rüzgar rejimi gibi çeşitli detaylar verilerek, oluşturulan
bir model yardımıyla proje ömrü boyunca her yıl, enerji üretimi ve bu enerjinin
satışından elde edilecek gelir, bakım ve onarım masrafları, arazi kirası ve diğer
giderler hesaplanır. Değer kaybı ve vergiler ödendikten sonra, yıllık nakit akışıhesaplanır; bunlar projenin net bugünkü değerini hesaplamak için göz ardı edilebilir
veya projenin geri ödeme oranını belirlemede kullanılır. Kredilerin geri
ödemesindeki provizyon ve enflasyon basit bir şekilde dahil edilebilir. Yapılan
hesaplamalar sonucunda hazırlanacak raporda her proje için mukayeseli bir para
akışı sınıflandırması ve ekonomik göstergelerin (IRR ve NPV gibi) özeti sunulur.
1.1.7.Teknik fizibilite ve mühendislik tasarımları :
Yapılması gereken teknik ve mühendislik işlemleri şöyle sıralanabilir;
1 ) Rüzgar türbinlerinin satın alma koşullarının ve mevcut türbinlerin teknik
karekteristik ve fiyat analizlerinin hazırlanması.
2 ) Rüzgar çiftliği bölgesinin incelenmesi; yerin jeolojik yapı analizi ve yol
gereksiniminin belirlenmesi.
3 ) Rüzgar türbini temel inşaatının tasarlanması.
7
7
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 8/33
4 ) Bölgenin elektrik şebekesinin incelenmesi.
5 ) Ana şebeke bağlantılarının tasarlanması.
6 ) Teknik veri ve türbin karakteristiklerinin gerçekleşme durumlarını belirlemek için
rüzgar türbini performans testi ölçümlerinin yapılması.
2.1.Rüzgar Şarjörleri :
Elektrik kullanımı pratik olmaya başlayınca, izole yöreler üretim
merkezlerinden uzak ve taşıma hatlarının maliyeti ise çok yüksek kaldı. Bu nedenle
bazı firmalar elektrik üretmek için kendi başına yeterli rüzgar sistemleri imal ettiler.
Rotorlar 6 ve 32 volt daha sonraları 110 volt doğru akım jeneratörlerine bağlandı.
Depolama amacıyla da piller kullanıldı.
Bu sistemlerin, iki ve üç kanatlı olmaları nedeniyle, rüzgar değirmenlerinden
oldukça farklı bir görünümleri vardı. Ufak su hacimlerinin pompalanması işine çok
uygun olan çiftlik değirmenleri elektrik üretimi için verimsiz bulundu.
En bilinen rüzgar türbinleri arasında Jacobs ve Wincharger tarafından
üretilenleri sayabiliriz. 1931 ve 1957 yılları arasında Jacobs firması on binlerce
türbin sattı. Jacobs türbinlerinin üretiminde 260 kişinin bir arada çalıştığı bir dönem
bile yaşandı. Wincharger’in satışları ise 200 000 ‘e ulaştı.
1940 ve 1950’li yıllarda kırsal elektrik kooperatiflerinden ucuz elektrik
sağlanmaya başlayınca rüzgar türbinlerinin kullanımı azaldı. Wincharger 1960 ‘lı
yıllar boyunca, her yıl 50 adet türbin satabildi.
2.1.1.Elektrik Şirketleri İçin Elektrik Üretimi
8
8
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 9/33
Şebeke kullanımı için büyük rüzgar türbini tasarım ve imalatı konusundadeğişik girişimler oldu. Bu tasarımlar yatay veya dikey eksenli kanatlar üzerine
yoğunlaştı. Tek olumlu sonuç Danimarka’lıların 200 Kw!lık Gedser türbini
projesinden alındı. Gedser deneyinden başlayarak özellikle Danimarka, ABD,
Hollanda İngiltere ve diğer ülkelerde rüzgar türbini kullanımı yaygınlaştı.
Şebeke kullanımı için büyük rüzgar türbini tasarım ve imalatı konusundadeğişik girişimler oldu. Bu tasarımlar yatay veya dikey eksenli kanatlar üzerine
yoğunlaştı. Tek olumlu sonuç Danimarka’ lıların 200 KW ’lık Gedser türbini
projesinden alındı. Gedser deneyinden başlayarak özellikle Danimarka, ABD,
Hollanda İngiltere ve diğer ülkelerde rüzgar türbini kullanımı yaygınlaştı.
2.1.2. RÜZGAR ÖZELLİKLERİ:
Bir yörede belli bir rüzgar türbinin ekonomik fizibilitesinin belirlenmesindeen önemli girdi rüzgar özellikleridir. Rüzgar değerlerinin karakterizasyonu güvenilir
prosedürler gerektirmektedir.
2.1.3. ENERJİ VE GÜÇ:
Enerji iş yapma yeteneği olarak tanımlanır. Değişik biçimlerde bulunur ve bir
biçimden diğerine çevrilebilir. Güç enerjinin üretildiği, iletildiği veya ortaya çıktığı
hızdır.
GÜÇ= ENERJİ / ZAMAN ENERJİ= GÜÇ X ZAMAN
Hareket halindeki her şey bir kinetik enerjiye sahiptir. Rüzgar hareket
halindeki havadır. Kinetik enerji şu denklem ile verilir.
K.E.= 0.5 X KÜTLE X HIZ X HIZ
9
9
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 10/33
Rüzgar söz konusu olunca denklemdeki hız rüzgarın hızı olacaktır. Bir alandan birim zamanda geçen havanın kütlesi şu şekilde tanımlanır.
KÜTLE = HAVA YOĞUNLUĞU X RÜZGAR HIZI X ALAN
Bu alandan geçen rüzgardaki toplam güç ise ,
GÜÇ = 0.5 X YOĞUNLUK X (RÜZGAR HIZI )3 X ALAN
denklemi ile verilecektir.
Farklı rüzgar hızları ile farklı yörelerin rüzgar güçlerini karşılaştırma olanağı
sağlandığından birim alan başına güç için P/A tanımı yaygın olarak
kullanılmaktadır.
P/A = 0.5 X YOĞUNLUK X V 3
Burada en önemli faktör rüzgar gücünün rüzgar hızının kübü ile orantılıolarak değişmesidir. Rüzgar hızı iki katına çıktığı zaman güç sekiz kat artar. Rüzgar
hızlarındaki elde edilen güçte göreceli olarak büyük farklara yol açar. Hesaplanan
güç değerleri doğrudan watt olarak verildiğinden, metrik sistem kullanımı rüzgar
gücü tanımını basitleştirir. Yoğunluk kg/m3 ve rüzgar hızı m/s ile birimlendirilir.
ÖRNEK: İki ayrı bölge düşünelim ve rüzgar hızları sırasıyla 5 m/s ve 6 m/s olsun.
Bölgelerin rüzgar güçleri arasındaki farkı bulalım. Hava yoğunluğunu 1160
metre seviyesinde 1 kg/m3 alalım.
1.BÖLGE : P/A = 0.5 X 1 X 53 = 62.5 watt/m2
2. BÖLGE : P/A = 0.5 X 1 X 63 = 108 watt/m2
Rüzgar hızında görülen 1 m/s’ lik bir değişim rüzgar gücünü % 72 oranında
değiştirmektedir. Eğer rüzgar hızı 10 m/s den 11 m/s ye değişirse güç % 33
artmaktadır.
10
10
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 11/33
Rüzgarın hızı yanı sıra yönü de değişmektedir. Bu nedenle herhangi bir bölgede rüzgar enerji potansiyelinin değerlendirilmesi çok karmaşıktır. Kaba
karşılaştırmalar için bölgenin ortalama rüzgar hızları kullanılabilir. Daha detaylı
analizler için diğer verilerin toplanması gerekir.
2.1.4. Rüzgar Güç Potansiyelinin Ön Görümü
Mevcut veriler ve doğruluk dereceleri, analiz çeşidi ve öngörümdeki hata
oranını belirleyecektir. Hata payı %5’ ten az olan sonuçlara ulaşmak, rüzgar
hızlarının atmosferik basınç değerlerinin ve hava sıcaklıklarının bilinmesi ile
mümkündür. Enerji ve güç potansiyelleri,rüzgar akış yönüne dik yüzeyle alınarak
hesaplanmaktadır. Rüzgar yön verileri rüzgar güç potansiyeli öngörümü için bir girdi
olmamaktadır. Ancak, rüzgar türbininin rüzgar yönüne döndürülme gereksinimi
hakkında bilgi vermektedir. Eğer bir rüzgar türbini rüzgar yönünü izlemede zorluk
çekiyor ise, rüzgar yönünün ani değişim koşullarında, çıkış gücünde ciddi kayıplar
söz konusu olabilir. Diğer taraftan, eğer enerjinin çoğunu taşıyan rüzgarlar belirgin
bir yönden geliyorsa, sabit yönlü bir makine yeterli olacaktır.
Rüzgar hızı, atmosferik basınç ve hava sıcaklık değerlerinin her zamanaralığında birlikte kaydedildiği varsayılırsa, birim alan başına güç daha önce sözüne
ettiğimiz şu formül ile hesaplanabilir:
GÜÇ / ALAN = 0.5 X YOĞUNLUK X V3
Bu denklemdeki yoğunluk ise
YOGUNLUK= 0.465 X Pr / (273 + T)
11
11
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 12/33
Formülü ile hesaplanabilir. Pr = mm Hg , T= sıcaklıktır. Ortalama güçdeğerleri ise tek tek hesaplanan bu değerlerin ortalaması alınarak bulunabilir. Eğer
rüzgar verileri üç saatte bir alınıyorsa. 2920 güç değerinin ortalaması ortalama yıllık
gücü verir. Yıllık ortalama enerji ise 8760 saat ile çarpılarak bulunur. Bütün analizler
çok sayıda veriye kapsadığından teyp verileri ve bilgisayar analizi pratik
gereksinimlerdir. Daha yaygın olarak kullanılan bir yöntem ise hız verilerini bir
rüzgar hızı histogramında birleştirmektir. Rüzgar hızı histogram veri toplama süresi
içinde gözlemlenen hızların her birinde rüzgarın estiği saat sayısını göstermektedir.
2.1.5.Rüzgar Güç Değerlerini Etkileyen Faktörler :
a) Coğrafi konum
b) Yerel yüzey yapısı
c) Toprak seviyesinden yükseklik
d) Hava yoğunluğu sayılabilir.
Genelde rüzgar gücü yer seviyesinden yüksekliğe bağlı olarak en azından bizi
pratik olarak ilgilendiren ilk 150 m içinde artış gösterir. Rüzgar hızında yükseklik ile
değişim miktarı şu formülle öngörülebilir:
V/Vo = (H/Ho)n
Burada Vo , Ho yüksekliğinde ölçülmüş bilinen rüzgar hızını gösterir. H ise
rüzgar hızını hesaplayacağımız yüksekliktir. n için yaygın olarak kullanılan değerler
1/6 ile 1/7 arasındadır. Bu formül güç değerlerini hesaplamak üzere düzenlenebilir.
(P/A) / (Po/A) = (H/Ho)3n
12
12
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 13/33
Rüzgarın sürtünme nedeniyle yavaşlamasını öngörmek için yüzey etkisinidikkate alan bazı formüllerde mevcuttur. *Bir yörede rüzgar gücünün zamanın
fonksiyonu olarak bilinmesi çok önemlidir. Güvenilir değerler için en azından beş
yıllık rüzgar verisi gereklidir.
*Rüzgar gücünün mevsimlere veya aylara göre dağılımı da rüzgar türbinlerinin
ekonomisini etkileyebilir. Eger rüzgar, elektrik talebinin en yüksek olduğu
mevsimde en yüksek gücüne ulaşıyor ise rüzgar türbininden elde edilen enerji
daha değerli olacaktır.
Bu kapsamda günlük dağılımda önem kazanacaktır. Kıyı bölgelerinde
Karadeniz meltemleri vardır. Ancak deniz meltemleri iç bölgelere gidildikçe
etkinliklerini yitirirler. Günlük rüzgar değişimlerinin 50 m üzerinde etkinliğini
yitirdiğine ilişkin bazı veriler mevcuttur. Bu ise 10 m’ de toplanan verilerden
öngörülen güçten daha fazlasının büyük rüzgar türbinleri ile toplanabileceği
anlamına gelmektedir.
2.2. RÜZGAR ENERJISI ÇEVRIM SISTEMLERI:
Rüzgar türbinleri , rüzgar ile kanatların etkileşimine , yeryüzüne göre rotor
ekseninin konumuna ve makinelerin yeni veya alışılmamış tipte olmalarına bağlı
olarak sınıflandırılırlar. Rüzgar ile kanatların etkileşimi , sürükleme veya kaldırma
cihazları ile olur.
2.2.1. Sürükleme cihazı:
Bir sürükleme cihazında(şekil.1) , rüzgar kanatları iterek rotoru eksen
etrafında dönmeye zorlar. Sürükleme cihaz verimleri , kanat hızı hiçbir koşulda
rüzgar hızından yüksek olmayacağından sınırlıdır. örnek olarak rüzgarı arkadan alan
yelkenli verilebilir
13
13
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 14/33
En bilinen sürükleme cihazı çiftlik rüzgar değirmenidir. düşük rüzgar hızlarında az miktarda su pompalama amacıyla tasarımlanmıştır. Çiftlik değirmeni ,
kanat sayısı fazla olduğundan , bir yük altında dönmeye başlar. Büyük bir dönme
momentine sahiptir. Öte yandan, kanat sayısının çokluğu nedeni ile malzeme ağırlığı
fazladır ve yüksek hızlarında verimsiz çalışırlar. Güç düzeyleri 5m çapındaki rotor
için yaklaşık 0.5 civarındadır. Sürükleme cihazına diğer örnekler arasında fincan
anemometreler, pervaneler, rotor turunun yarısı boyunca rüzgardan korunan ve
rüzgara doğru hareket ederken geri çekilen cihazlar sayılabilir.
Savonius rotoru bir sürükleme cihazı değildir. Ama bu cihazların özelliği olan, büyük
bir kanat alanına sahiptir. Bu ise rotorun dönmediği zamanlarda bile, yüksek
rüzgar hızlarının taşıdığı güç nedeniyle fazla malzeme kullanımı ve ek sorunlara
yol açar. Savonius’un bir üstünlüğü ise imalatının kolay olmasıdır.
2.2.2. Kaldırma cihazı :
Kaldırma cihazlarının pervane veya uçaklarda kullanılanlara benzer kanat
yapıları vardır(şekil.2). Kaldırma hareketiyle kanatlar rüzgar hızından daha hızlı
dönebilir ve böylece verim yükselir(şekil.3). Çok hızlı dönen bir kanat, yavaş dönen
çok kanatlı bir pervane ile aynı düzeyde enerji toplayabilir. Bu malzeme tasarrufuna
yol açar. Günümüzde ise çoğu modern makineler iki veya üç kanatlıdır. Almanya’da
imal edilmiş tek kanatlı rüzgar türbinleri MBB Monopteros ve Flair tasarımlarıdır.
2.2.2.1.Rotor eksenin konumu :
Rüzgar türbinleri, rotor ekseninin konumuna göre iki tipe ayrılır (şekil.4).
Yatay eksen rüzgar türbini (YERT)
Dikey eksen rüzgar türbini (DERT)
14
14
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 15/33
YERT’ lerin rotorları maksimum enerjiyi tutabilmek için rüzgar akışına dik olarak durmalıdır. YERT’ ler bu konuma, rotor kule üzerinde döndürülerek getirilir.
YERT’ ler kule üzerinde yatay eksen yönündeki hareketi motorlar (rüzgar veya
elektrik) rüzgara yönelik birimlerde kılavuz bir kuyruk ve rüzgarı arkadan gören
birimlerde ise oluşturulan konik açı ile sağlanır (şekil.5).
DERT’ lerin rüzgarı her yönden kabul edilme üstünlüğü vardır. Kanatların güç
üretebilmeleri için rüzgardan daha hızlı dönmelerini gerektirdiğinden, ilk
harekete geçişleri güvenilir değildir. Giromill ise açısı değiştirilebilen kanatlara
sahip olduğundan, kendi başına çalışmaya başlayabilir. DERT’ lerin bir diğer
üstünlüğü ise makine aksamı, hız yükselticisi ve jeneratörün toprak üzerine
konulabilmesidir.
2.2.2.2.Sistemin tanımı :
Sistemin bütününü rüzgar türbini ve yük oluşturur. Tipik bir rüzgar türbini
rotor (kanatlar ve göbek), hız yükseltici, çevrim sistemi, kontroller ve kuleden oluşur
(şekil.6). Rüzgar türbinin çıktısı olan rotasyonel kinetik enerji; mekanik, elektrik
veya ısıl enerjiye çevrilebilir. Çoğunlukla yaygın kullanım olanakları nedeni ileelektrik enerjisi üretimi söz konusudur. Kanatlar; sabit, ayarlanabilir, veya kanat
boyunca değişken olabilir. 50 veya 60 Hz’ lik şebekelere bağlanmış birimlerde
çeviricili doğru akım veya değişken frekanslı alternatör, senkron ve indiksiyon
jeneratörleri kullanılabilir. Bazı doğru akım makineleri ve sürekli mıknatıs
alternatörleri hız yükseltici gerektirmez. Çoğu YERT’ ler, güç ve kontrol sinyallerini
yer yüzüne indirmek için toplayıcı kontak bileziği kullanırlar.
2.2.2.3.Çalıştırma:
15
15
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 16/33
Aerodinamik : Rüzgar türbin kanatları, rüzgardaki gücün bir kısmını dönme gücüneçevirir.
P = T x W
Burada T = dönme momenti, W = açısal hızdır. Büyük dönme momenti ile
küçük açısal hızın transfer ettiği güç ve küçük dönme momenti ile büyük açısal hızın
transfer ettiği güç aynıdır. Rotorun ve yükün dönme momenti-devir/dakika
özellikleri uyum sağlamalıdır.
Enerji ve momentumun korunumu yasası gereğince rüzgar enerjisinin
toplanmasında en yüksek teorik verim %59’dur. Rüzgar türbinleri için en yüksek
deneysel verim %45, ortalama yıllık verim ise %20 civarındadır. Güç katsayısı ise
güç çıkışı/rüzgardaki güç olarak tanımlanır.
Kanadın kord çizgisi ile etkin rüzgar yönü arasındaki açı olan (şekil.7) etki
açısının fonksiyonu olarak, değişik kanat yapıları için kaldırma ve sürüklemeölçümleri yapılmıştır. Kanatlardaki kaldırma kuvveti, eksen etrafında rotorun
dönmesini sağlar ve etki açısına bağımlıdır. Kanadın gördüğü etkin rüzgar iki etkiden
oluşur: kanat hareketi ve türbine ulaşmadan önceki rüzgar hareketi (şekil.8).
Herhangi bir rüzgar hızı için en yüksek güç çıkışı, rüzgar hızı arttıkça dakikadaki
devir sayısı artan rotor veya sabit devir çalışması için doğru etki açısını sağlayan
değişken bir kanat ile elde edilebilir. Değişmez açılı kanat ve sabit devir sayılı rotor
sadece tek bir rüzgar hızında en yüksek güç katsayısına ulaşır (şekil.9). Maksimumgüç katsayısının üzerinde, verimde bir düşüş olsa bile, mevcut güç artış
gösterdiğinden, rüzgar türbini çıkış gücü yüksek değerini koruyabilir.
YERT ve DERT’ lerin aerodinamik performansının öngörülmesine yardımcı olan
bilgisayar programları mevcuttur. Bu programlara etki açısına göre kanat
yapısının kaldırma ve sürükleme özellikleri, yarıçap, kanadı biçimi ve açısı ile
kanat alanının taranan alana oranı girdi olarak verilmektedir.
Rüzgar hızları veya uç hız oranları da değiştirebilen parametrelerdir.
16
16
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 17/33
Bir dert için yapılan teorik hesaplama (şekil.10) da gösterilmiştir. Eğridekiher nokta bir çalışma konumudur ve tasarım rüzgar hızı 10 m/s dir. Rüzgar türbinleri
sabit uç hız /rügar hızı (maksimum Cp) ,sabit devir sayısı (A çizgisi) veya sabit bir
dönme momenti (B çizgisi) koşullarında çalıştırılabilir . Uç hız oranı , kanadı uç
hızının rüzgar hızına oranıdır. Devir sayısı , maksimum Cp çizgisi boyunca
değişkendir. Sabit dönme momenti çalışmasının kısa sürede çok yüksek devir
sayılarına ulaştığı bilinmelidir. Sabit dönme momenti olan bir yükü rüzgar türbinine
bağlamak ve verim elde etmek çok güçtür.
2.2.2.4.Kontrol :
Rüzgardaki gücün artışı çok hızlı olduğundan, bütün rüzgar türbinleri yüksek
hızlarda güç toplamalarını önleyecek düzenlemeler ile donatılırlar. Yüksek hız
koşullarında güç denetimi amacıyla belli başlı üç yöntem kullanılmaktadır.
A.) Aerodinamik verimin değiştirilmesi:
1) Kanat açısını değiştirmek veya kanatları döndürmek
2) Sabit devirde çalıştırmak
3) Kaldırma etkilerini azaltıp sürükleme etkilerini çoğaltmak
B) Kanatların rüzgar ile etkileşim içinde olduğu alanı küçültmek:
1) Rotoru hakim rüzgar yönünden çevirmek
2) Rotor geometrisini değiştirmek
C) Frenleme:
17
17
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 18/33
1) Mekanik, hidrolik
2) Hava freni
3) Elektrik (direnç, manyetik)
Bu yöntemler tek tek ya da yüksek hız kontrolü ve yük denetim kaybı
durumlarında kombine olarak bir arada kullanılabilir.
2.3.RÜZGAR ENERJİSİNİN ELEKTRİK ENERJİSİNE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ:
Rüzgar enerjisi günümüzde gerek kırsal kesimde elektrik enerjisinin yerel
üretim-tüketim amacı ile gerekse enterkonnekte sistemi beslemek amacı ile elektrik
enerjisi üretiminde kullanılmaktadır. Enterkonnekte sistemin ulaşmadığı yerleşim
merkezlerinde, kırsal alanlarda ormanlık ve dağlık bölgelerde kurulmuş iletişim
birimlerinde, yangın gözetleme kuleleri gibi elektrik enerjisine ihtiyaç duyulan
yerlerde rüzgar enerjisinden yararlanılmaktadır.
2.4.RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİNİN SINIFLANDIRILMASI :
18
18
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 19/33
Rüzgar enerjisi sistemleri genelde 3 ana grupta toplanabilir.
1) Küçük güç sistemleri : Genellikle 0 - 10 KW gücündeki sistemlerdir.
2) Orta güç sistemleri : Genellikle 10 - 100 KW arasında olan sistemlerdir.
3) Büyük güç sistemleri : 100 KW ‘dan daha büyük olan sistemlerdir.
2.4.1.Rüzgar türbinlerinin sınıflandırılması :
Günümüzde rüzgar enerjisinden çok çeşitli alanlarda yaralanılmaktadır.
Belirli bir uygulamada kullanılan rüzgar türbinleri o uygulamanın gerektirdiği
özelliklere sahip olmalıdır. Şimdiye kadar değişik nitelikte ve tipte türbinler
geliştirilmiş olup bunların bir kısmı günümüzde ticari hale gelmiştir. Çoğunlukta
kullanılmakta olan rüzgar türbini tipleri ve bunların kullanım yerleri tablo 1’de
gösterilmiştir.
Rüzgar türbinleri dönme eksenine göre üç sınıfta ayrılmaktadır.
2.4.1.1.Yatay eksenli rüzgar türbinleri :
19
19
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 20/33
Yer konumuna göre rotoru yatay eksende çalışan bu makineler dahageleneksel ve daha modern bir kullanımı sunarlar. Yatay eksenli makinelerin
maksimum enerji tutabilmeleri için rotorları daima rüzgar akış yönünde olmalıdır.
Buda rotorun kule üstünde dönmesi ile sağlanır. Rüzgarın yönüne dönme hareketi iki
değişik konstriksiyon ile sağlanır. Bunlar ‘’öne - rüzgar ‘’ ve ‘’arkaya - rüzgar’’
olarak adlandırılırlar. Eğer kanat rüzgarı ön yüzünden alıyorsa rotorun arkasına bir
kılavuz kanat takılır. Diğer şekilde ise kanat rüzgarı arka kısımdan alır veya kanatlar
biraz konik yapılır. Böylece sistem rüzgarı takip ederek maksimum faydayı sağlar.
2.4.1.2.Düşey eksenli rüzgar türbinleri :
Dönme ekseni rüzgar yönüne dik ve düşey olan bu türbinin kanatları da
düşeydir. Günümüzde çeşitli ülkelerdeki elektrik enerjisi üretimi uygulamalarının
çoğunluğu 2 ve 3 kanatlı yatay eksenli rüzgar türbinleri oluşturmaktadır. Büyük
güçlü düşey eksenli uygulamalarda mevcuttur. Özellikle DORRİEUS tipi türbinler
ve bunun geliştirilmiş daha karmaşık yapılı olanı CYCLOGİNO tipi rüzgar türbinlerikullanılmaktadır.
ŞEKİL C
20
20
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 21/33
2.4.1.3.Eğik eksenli türbinler:
Dönme eksenleri düşey ile rüzgar yönünde bir açı yapan rüzgar türbinleridir.
Bu tip türbinlerin kanatları ile dönme eksenleri arasında belirli bir açı bulunmaktadır.
2.4.2.Rüzgar enerjisi ile enerji üretiminin öngörümü :
En önemli faktör yıllık enerji üretimidir. Aşağıdaki yöntemler ile yıllık enerji
yaklaşık olarak öngörülebilir:
1) Jeneratör büyüklüğü
2) Rotor alanı ve rüzgar haritası
3) Enerjiye göre yıllık rüzgar hızını veren imalatçı eğrisi
2.4.2.1.Jeneratör büyüklüğü :
Aynı büyüklükteki rotorlar çok farklı jeneratör büyüklüklerine sahip
olabileceğinden oldukça kaba bir yaklaşımdır. Verim faktörü değiştirilerek, rüzgar
rejiminin etkisi ve tasarım gücü öngörülebilir.
YKWH = VER x JB x 8760
YKWH = Yıllık enerji üretimi
VER = Verim faktörü
JB = Jeneratör büyüklüğü
8760 = Yıl içindeki saat sayısı
21
21
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 22/33
10 m/s lik rüzgar hızları için tasarımlanmış bir jeneratör ve iyi bir rüzgar rejimi için verim faktörü 0.20 alınabilir. Daha düşük rüzgar rejimleri ve birimin daha
yüksek hızları için tasarımlandığı durumlarda verim fakrörü daha da küçülecektir.
ÖRNEK: Tasarım gücü : 10 m/s de 25 kW ve rotor çapı :10m olarak verilen türbin
özelliklerine göre yıllık enerji üretimi ;
YKWH = 0.2 X 25 X 8760 SAAT = 43800 kWh
Zayıf bir rüzgar rejimi için YKWH 30000 kWh civarında olacaktır.
2.4.2.2.Rotor alanı ve rüzgar haritası :
Rotor boyutlarından farklı rüzgar türbinlerinin alanı hesaplanabilir.
Türbin ismi : Alanı :
YERT Π x r x r
DERT - Giromil H x D
Savonius H x D
Darrieus 0.65 x H x D
Bir rüzgar haritasından yıllık ortalama güç elde edilebilir ve sonra
RE = A x P x 8760
formülü ile rotordan geçen rüzgar enerjisi hesaplanabilir. Bu formülde ;
22
22
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 23/33
A = Alan (m2)
P = Güç (Watt/m2) dir.
Yılık enerji üretimi ise rüzgar üretiminin verimine bağlıdır.
YKWH = VER x RE
% 20 civarında olan verim faktörü bir rüzgar türbininin yıllık ortalama verimini
yansıtmalıdır.
ÖRNEK: Daha önce verdiğimiz örneği hatırlayalım.
Alan = Pi x 5 x 5
P = 180 watt / m2 alalım.
RE =78.5 x 180 x 8760
RE = 124.000.000 WH =124000 KWH.
Bu bir yıl boyunca rotor alanından geçen enerji miktarıdır . yıllık üretim ise
YKWH = 2 x 124.000 = 24.8 KWH olur.
2.4.2.3.Hesaplanan Yıllık enerji :
Rüzgar hızı için çoğu imalatçılar bir Rayleigh dağılımı varsayımı yaparlar.Yıllık enerji üretimine ilşkin öngörüm ise, rüzgar hız dağılımı ve ürettikleri rüzgar
türbinlerinin güç eğrisinden yapılır. Deneysel verilerden rüzgar hız histogramı
bilinirse, rüzgar türbini için histogram ve güç eğrisinden yararlanılarak iyi bir
öngörüm yapılabilir. Eğer 1 m/s lik hız dilimleri kullanılıyor ise enerjiyi bulmak için
o hızdaki saat sayısı karşılık gelen güç ile çarpılır. Yıllık toplam enerji üretimini
bulmak için bu değerler toplanır.
23
23
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 24/33
14 yıllık veriler kullanılarak Amarillo, Texas için elde edilen yıllık rüzgar hızıverilerinden yıllık toplam enerji 55000 kWh civarında öngörülmüştür. Bakım ve
onarım gereksinimleri kullanım faktörünü 0.9 civarına düşürdüğünden yıllık üretim
50000 KWH civarında gerçekleşir.
2.5.RÜZGAR ENERJİSİ POTANSİYELİNİN TESPİTİ :
Rüzgar enerji potansiyelini kesin olarak tespit edebilmek için belirli bir
noktada 5 yıl süre ile ölçümlerin sürdürülmesi gerekmektedir. Her noktada sürekliolarak yapılan tespitten sonra elde edilen sonuçlara göre rüzgar haritalarının
hazırlanması mümkün olabilmekte dedir. Bunlar;
1) Hız eğrileri ile çizilmiş olan rüzgar haritaları
2) Güç eğrileri haritaları
3) Rüzgar gülleri haritaları
Rüzgar eğrileri ile çizilen haritalar, belirli bir alana dağılmış olan noktasal hız
ölçümlerinin karşılaştırılan bir süre içinde değerlendirilmesi ve aylık-yıllık
ortalamaların tespit edilmesi esasına dayanır.
Güç eğrileri haritası, rüzgar yönüne dik yüzeye gelen rüzgar enerji sistemi
tarafından hesaplama yapılması esasına dayanmaktadır. Birim alana gelen güç
değerlerinin dağılımını gösteren bu tür haritalarda genellikle (w/m2) birimleri
kullanılır. Rüzgar gülleri haritaları,ölçülmüş olan rüzgar değerlerinin noktasal olarak
oklar şeklinde gösterilmesi esasına göre hazırlanır. Türkiye’nin rüzgar durumu,
rüzgar gülleri haritalarının 1993 yılı Mart ve Eylül aylarına ait iki harita verilmiştir.
24
24
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 25/33
Türkiye’de şimdiye kadar tamamlanan ölçümler sonucunda rüzgar enerjisielde edebilme yönünden en uygun üç nokta tespit edilmiştir. Bunlar sırasıyla
Antalya, Sinop,Çanakkale’dir. Buralarda 1980 yılında tamamlanan
ölçümlerde,rüzgarın hızla estiği yerlerde yıllık olarak toplam Antalya’da 5138 saat ,
Sinop’ da 3293 saat , Çanakkale’de 3640 saat rüzgar kaydedilmiştir. Bu yerlerden
Çanakkale ve Sinop’ta rüzgarın aylara göre dağılmış homojenlik
göstermekte,Antakya’da ise Haziran, Temmuz, Ağustos ve Eylül aylarında
yoğunlaşmaktadır.
Rüzgarın hızla estiği sürenin yılda 3500 saat civarında ve rüzgar hızının da 6
m/s ve üstünde olması küçümsenmeyecek bir değerdir. Bu güç, 58 m kanat çaplı 100
KW’ lık rüzgar türbinlerinin rahatça çalışmasını sağlayabilmektedir.
2.6.TÜRKİYE DE YÜRÜTÜLEN ÇALIŞMA VE ARAŞTIRMALAR:
2.6.1.Resmi kuruluşların çalışmaları:
2.6.1.1.Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü:
Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünün bu konudaki çalışmaları şu
şekilde sıralanabilir.
Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyelinin tespiti:
Rüzgar ile ilgili ölçümlerin yapılması, verilerin toplanması, harita ve diyagramlara
geçirilmesi
3) Türkiye rüzgar alanları ve rüzgar kanatlarının tespiti
25
25
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 26/33
Gelecek 10 yıl içinde bu hedeflere ulaşılabilmesi için 300 adet anemograf temini ve 50 adet rüzgar jeneratörü tesisi düşünülmektedir. Ilk kurulacak rüzgar
jeneratörü için belirtilmiş olan üç alan ile beraber beş bölge ile tespit edilmiştir.
Bunlar Antakya, Sinop Çanakkale, Karapınar ve Bodrum’ dur. Diğer 45 jeneratörün
tesisi ise gelecek dokuz yılda tamamlanacaktır. Ayrıca anemoğraflar ile yapılan
ölçmelerin bir bilgi bankasından değerlendirilmesinde plan içinde yer almaktadır.
D.M.İ Genel Müdürlüğünce halen 152 istasyonda rüzgar ölçümleri yapılmaktadır.
2.7.TÜRBİNLERİN İNCELENMESİ:
Genellikle iki kısımdan oluşur. kule ve türbinin başlığı olan kanatların
bulunduğu kısımdır. Kule betonerme bir yapı olarak tasarlanır. Üst kısım 3.3 m
çapında silindirik bir mildir. Bu kısmın iç tarafı WK 60 olarak bilinen bir türbin
çeşidinin kontrol odası ve elektriksel devre parçalarını içeren kısımdır. WK 60’ ın
özel işlem konumuna göre bir jeneratör geniş hız değerleri ile sistem belirlenir. Bu
sistem şebeke içinde sabit frekansla (50 Hz ) üretilen akım tarafından rotor kenarındadeğişik hız miktarlarını alan statik bir frekans dönüştürücü ve senkron
jeneratöründen meydana gelen bir sistemdir. Dönüştürücü tarafında indüklenen
harmonikleri dengeleyen bir elemanda dahildir. Jeneratörün uyarılması vasıtasıyla
rotor hızı ve güç çıkışı tüm aşırı yük çalışmasında kontrol edilir. Kanatların adım
aralıkları nominal seviyede çıkış sınırlama ve kontrol için kullanılır. Kanatların
harekete geçirilmesi ile rotor hızının durması ve çalışması ayarlanarak tesisin çalışma
fonksiyonları daima bir kritik hata halinde çalışma durumunu kontrol edici
mekanizmalar yardımı ile yapılır.
26
26
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 27/33
2.7.1.Rüzgar Durumuna Göre Rüzgar Türbininin Çalışması Ve Durdurulması:
Rüzgar durumuna göre rüzgar türbininin otomatik olarak çalışması ve
durması için yazılım kontrol programı ile sağlanan bir sistem bulunur. Eğer rüzgar
türbilansı büyük güç çıkışı dalgalanmalarına ve sert yapısal yüklere neden olursa
sistemin amacı rüzgar türbinini kapatmak olmalıdır. Yerel topoğrafya farklı rüzgar
hızları ve onun yönleri için büyük değerler rüzgar türbilansına neden olur. Bunların
toplandığı ve verildiği bir kontrol bilgisayarı vardır. Kontrol bilgisayarı her bir
dakikada ortalamaları alır ve eğer rüzgar hızı, verilen basitleştirilmiş açılır, kapanır
gözlem aletiyle verilen limitleri sınırları geçtiğinde türbini kapatacaktır.
Yazılım kontrol programı, üretim malzemesi, yük idare sistemi, merkezikontrol sistemi, tesis kontrolleri, pompa depolama evresi iletim ve dağıtım
sisteminden oluşmaktadır. Bu sistem içinde hem su hem de rüzgar türbinleri için
geçerli olan sistemler vardır. Rüzgar türbini 17 cm çaplı kule, 3 kanatlı 60 KW’ lık
nominal hıza sahip bir örnek tiptir. Rüzgar türbini dizel, hidro-su veya herhangi
jeneratör veya voltaj regülatörüne bağlı olma ihtiyacı olmaksızın çalışması için
senkronize bir jeneratör ile donatılmış bir türbindir. Jeneratör nominal frekanstan
yüksek ve boralara göre ayrıca dengesiz yükler için hazırlanmasına ve
karşılaşmasından dolayı 97 KVA’ dan değerlendirilir.
27
27
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 28/33
Dizel jeneratör aksamı ve su türbin jeneratörü rüzgar türbinine benzerlikleriyle farklılıkları da vardır.
2.7.2.İletim Dağıtım Ve Toprağa Bağlama:
Tüm üretim ve dağıtım 415/240 volttadır. Ayrıca ana iletim 3 faz 3300 V’a
göre düzenlenmiştir.
2.7.3.Türbinde kontrol:
2.7.3.1.Voltaj kontrolü:
Sistemin voltajı otomatik voltaj regülatörü ile kontrol edilir ki bu senkronize
jeneratörün yerinde deyişle parçasıdır. Otomatik voltaj regülatörü rüzgar türbinine ve
hidro senkronize jeneratörüne paralel bağlanır. Dizel jeneratörler ise akım
transformatörleri ile bağlanır.
2.7.3.2.Frekans kontrolü:
Rüzgar türbini şebekedeyken ve ilaveten hidro şebekedeyken valfa sağlanan
hidro ile frekans kontrolü yük idare sistemine bağlıdır.
2.7.3.3.Yük kontrolü:
Yük idare sistemi su ve rüzgar kontrol sisteminin bir parçası ve ayrıca her
tüketim tesisinin bir parçası olan bir sistemdir. Genellikle 90 KW ‘dan daha büyük yükleri rüzgar türbini, 25 KW’ a kadar olanları da su türbini sağlar. Yük idare sistemi
rüzgar türbinleri ile ve jeneratör ile üretilen maksimum miktardaki enerjiden
yararlanmak ve ayrıca kaynağa bağlamadan veya başka bir jeneratör ile
çalıştırmaksızın yenilenebilir kaynaklardan kaynağın mümkün olan maksimum saatte
sağlanması için tasarlanmıştır. Güç dalgalanması ve frekansın düşmasi olayında yük
idare sistemi tüketiciye giden yük ve aşırı yükün bağlantısını otomatik olarak keser.
Aynı işlevler frekansın yükselmesi sırasındada yapılır.
28
28
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 29/33
2.7.3.4.Devrenin Emniyeti:
Sistemin tüm kontrolü baştan tasarlanarak güvenlik içinde yapılır. Buda bütün
üç üretim tesisi ve yüksek voltaj şebeke ağındaki yeraltı kabloları kullanılarak şebeke
ağındaki kaçakları ve yüklenmeleri bulan bir güvenlik devresine bağlanır.
2.7.3.5.Sistem Ve Kısımların Devre Kontrolleri:
Her jeneratör kendisinin sahip olduğu, işlev gördüğü kısmı yada tüm tesisi
kontrol eden bir merkezdir. Bu merkez birbirine bağlı ana birimlerden oluşur. Bu
kontrol edici bölge algılayıcı, arızayı ve kaçağı bulan bir güvenlik devresidir.
2.7.3.6.Merkezi Kontrol:
Jeneratörlerin programlanması bir UMAC 6000 adlı analog aygıt olan
merkezi bir bilgisayar tarafından yapılır.
2.8. Rüzgar Enerjisinin Genel Değerlendirmesi
29
29
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 30/33
Rüzgar türbinlerinin kanatları bir jeneratörü çalıştırarak elektrik üretilmesinisağlarlar. Bu kanatlar ne kadar uzunsa ve rüzgar ne kadar hızlı esiyorsa o kadar
çok elektrik üretilir. Rüzgar yükseklerde daha hızlı estiği için bu türbinler
kulelerin üstüne yerleştirilir.
Günümüzde tarlalara periyodik olarak su pompalamak için iyi bir kaynak
teşkil etmektedir. Rüzgardan elektrik üretmek ise, iklime son derece bağlıdır. Bu bakımdan kurulabilecek yerler, rüzgarın yıl boyunca devamlı ve hızlı bir şekilde
estiği alanlarla sınırlıdır. örneğin sıcak yaz aylarında gün ortasında kuvvetli bir
şekilde esiyorsa o yer bir rüzgar santrali için uygun olabilir.
Bu türbinlerle, sürekli enerji üretilebilir fakat rüzgar olmadığında dönmezler
ve kuvvetli fırtınalarda birbirlerine zarar vermelerini önlemek için kapatılmalıdır.Rüzgar tarlalarının yakınında yaşayan insanlar aşırı gürültüden rahatsız olmaktadır.
Büyük miktarlarda alana ihtiyaç vardır. Örneğin bir rüzgar santralının, normal bir
doğal gaz santralıyla aynı enerjiyi üretmesi için 85 kat daha fazla alana gereksinim
duymaktadır. Ayrıca rüzgar türbinlerinin bakım ve onarımı çok pahalıdır. Rüzgar
olmadığı zaman gerekli olacak elektriği sağlamak için pahalı enerji depolama
sistemlerine de ihtiyaç vardır. Tüm dünyada sadece 3710 MW ‘lık rüzgar santralı
vardır. Rüzgar türbinlerinin getirdiği en büyük sorunlardan birisi de çok sayıda kuşunölümüne neden olmalarıdır. Özellikle yüksekten uçan, avlanması yasak olan veya
nesli tükenmekte olan kuşlar için potansiyel bir tehlikedir. Örneğin A.B.D 'deki
dünyanın en geniş rüzgar tarlası(yaklaşık $200 km2) olan Altamont Pass'de, ak tüylü
kartalların ölmesi bu kuşları koruma sözleşmesine göre federal bir cinayet
sayılmaktadır. Çevre örgütleri bu yüzden Washington eyaletinde planlanmış bulunan
rüzgar çiftliğinin yapımını durdurtmuşlardır.
30
30
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 31/33
Kaynaklar
1- 3e , Alternatif Enerji , ( Ağustos , 1996 )2- Tanay S. Uyar , Rüzgar Enerjisi Sistemleri , TÜBİTAK Marmara Bilimsel ve
Endüstryel Araştırma Enstitüsü3- Kaynak Elektrik , Rüzgar Enerjisi , ( Mayıs-Haziran , 1995 )
4- Kaynak Elektrik , Rüzgar Enerjisi , ( Temmuz-Ağustos , 1995 )
5- Journal of Solar Energy Engineering , Electric Design of Wind -Electric Water Pumping Systems , ( November , 1996 )
31
31
8/6/2019 Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez
http://slidepdf.com/reader/full/ruzgar-ciftligi-tasarimi-tez 32/33
32
32