019-R¼zgar T¼rbini

  • View
    7

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Rüzgar Türbini

Text of 019-R¼zgar T¼rbini

  • _________________________________________ 1 ______ zmir Rzgr Sempozyumu ve Sergisi / 23-24 Aralk 2011

    TBTAK MARMARA ARATIRMA MERKEZ ENERJ ENSTTS

    RZGR ENERJS ALIMA ALANLARI VE MLRES PROJES

    eref Naci ENGN1 ZET Bu bildiride Kocaeli Gebzede TBTAK Marmara Aratrma Merkezi (MAM) bnyesinde yer alan Enerji Enstitsnde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarndan zellikle Rzgr Enerjisi alannda yaplmakta olan ve yaplabilecek alma konular sunulmutur. Kurulduu ilk yllarda Enerji Sistemleri Blm, 1996 yl balarnda Enerji Sistemleri ve evre Aratrma Enstits (ESAE) ve nihayet 3 Ekim 2004 tarihinden itibaren Enerji Enstit (EE) olarak faaliyetlerini srdren kurumumuz sahip olduu deerli insan kayna ve gl altyapsyla enerji alannda nemli ulusal ve uluslararas projelere imza atmtr. Rzgr Enerji Sistemleriyle ilgili almalar MAM EE G Elektronii ve Kontrol Teknolojileri Stratejik Birimi bnyesinde yrtlmekte olduundan, G Elektronii alma grubunun sahip olduu uzmanlk alanlar yaplan projelerle birlikte ksaca tantlmtr. Bu balamda lkemizde Rzgr Enerji Sistemleri alannda balatlan geni katlml ilk byk proje olan Milli Rzgr Enerji Sistemleri Gelitirilmesi ve Prototip Trbin retimi (MLRES) projesi zetlenmi ve MAM Enerji Enstits olarak bu projede stlenilmi Paketlerinde icra edilmekte olan almalara yer verilmitir. Ayrca yine bu alanda veya bu alan destekler mahiyette kurumumuzda yrtlen kk gl rzgr trbini gelitirme, mikro konulandrma, rzgr hz kestirimi ve dier ilgili faaliyetler zetlenmitir. Btn bu almalarn altyapsn oluturan ksa bilgilendirme notlar sunularak bildirinin sempozyum katlmclarna daha yararl hale getirilmesine allmtr. 1. GR Rzgr Enerjisi insanolunun tarihin ilk alarndan beri farknda olduu ve yararlanmaya alt bir enerji trdr. nsanolu dorudan kullanlabilen bu byk gten en iyi biimde yararlanmaya alarak ak denizlere alabilmek iin yelkenli gemiler yapm, tabii vantilasyon yntemleriyle yaad meknlar iklimlendirmi, hatta daha ileriki dnemlerde rzgr gcn mekanik gce dntrmeyi baararak tahl tmek iin yel deirmenleri ina etmi, kuyu veya dier su kaynaklarndan su ekmek iin rzgr pompalar imal etmitir. Gnmzde Rzgr veya Yel Deirmenlerine benzer yaplar rzgr gcn elektrik enerjisine dntren Rzgr Trbinleri olarak karmza kmaktadrlar. Temel olarak dikey eksenli (rzgrn hava direnci drag kuvvetinden yararlandndan daha ziyade dk gler iin sz konusudur) ve yatay eksenli (kanat profilinin kazandrd aerodinamikle havann kaldrma lift kuvvetinden faydalandndan yksek gler elde edilebilmektedir) olarak tasarlanp imal edilen rzgr trbinleri birka kilovat (kW) mertebelerinden 10 megavat (MW) mertebelerine kadar elektrik gc retebilmektedirler. Dikey eksenli rzgr trbinlerinin en baarl rnei ekil 1(a)da grnen Darrieus tipi rzgr trbinidir. Bu tip rzgr trbinlerinin en nemli zellii hkim rzgr ynne dndrlmesine gerek olmamasdr. Bu zellik rzgr esi ynnn ska deitii yerler iin byk yarar salar. Dikey eksenli olmalar sebebiyle generatr ve dili aktarma elemanlarnn yerde konulandrlmas bir dier stnlkleridir. Bu tip rzgr trbinlerinde dk hzda 1 TBTAK Marmara Aratrma Merkezi Enerji Enstits

  • _________________________________________ 2 ______ zmir Rzgr Sempozyumu ve Sergisi / 23-24 Aralk 2011

    altklarndan yksek momentler sz konusu olduundan aktarma organlar (drive train) yksek maliyetlidir ve bakmlar kolay deildir. Bu yzden kullanmlar son yllarda olduka dmtr. Yatay eksenli rzgr trbinleri yksek rzgr hzlarndan etkin biimde yararlandklarndan ve trblanstan daha az etkilendiklerinden dolay ok daha fazla tercih edilmeye balamtr. Yatay eksenli trbinler ekil 1(b)de grld gibi kanatl veya iki kanatldr. Yatay eksenli rzgr trbinlerinde rotor ekseni ynlendirme kontrol (yaw control) mekanizmasyla hkim rzgr ynne gre deitirilerek her ynden esen rzgrla altrlabilirler.

    ekil 1. Dikey Eksenli (a) ve Yatay Eksenli rzgr trbinleri (b). Yatay eksenli rzgr trbinleri aerodinamik alt sistem, dili ve aktarma kutusu, generatr, kontrolr, kule ve elektrik balant alt sistemlerinden oluur. ekil 2de tipik bir yatay eksenli rzgr trbininin yaps resmedilmitir.

    ekil 2. Yatay eksenli rzgr trbini genel gsterimi Aerodinamik alt sistem kanatlar ve kanatlarn birletii gbekten (hub) oluan trbin rotorundan meydana gelir. Dili ve aktarma kutusu dk hzl aft (kanat taraf), yksek hzl aft (generatr taraf), bunlar arasndaki dili kutusu ve frenden oluur. Generatr, yksek hzl afta bal aerodinamik momenti elektrik enerjisine eviren elektrik makinesidir. Kule rzgr trbini rotor eksenine dik, rzgr trbini alt sistemlerini tayan boru veya kafes direkten oluur. Kule zerinde nasel (nacelle) denen dili kutusu ve generatr iine alan makine dairesini dndrmeye yarayan bir dili mekanizmas vardr. Yukarda da bahsedildii gibi, trbini kendi etrafnda dndrerek rzgr mmkn olduunca tam kardan almaya yarayan bu mekanizmaya ynlendirme mekanizmas veya sistemi

  • _________________________________________ 3 ______ zmir Rzgr Sempozyumu ve Sergisi / 23-24 Aralk 2011

    (yaw system) denir. Yatay eksenli rzgr trbinlerinde generatr kndaki elektrii ebekeye balayan konvertr (elektriksel dntrc) ve kontrolrlerden oluan elektrik alt sistemleri mevcuttur. Bu konvertrler genellikle back-to-back converter olarak tasarlanm olup ard ardna AC-DC ve DC-AC dnm yaparak generatrn rettii gerilimi ebekeye aktarrlar. Birka megavat g verebilen trbinler iin dahi en az 40-45 m uzunluunda kanat boylar, 80 mden fazla kule ykseklikleri, 100 ton civarnda kule stne yerletirilen naseller (makine daireleri) sz konusudur. Bu devasa yaplarn gvenle ayakta durmas iin iyi bir zemin etd ve inaat kalitesi gereklidir. Rzgr trbinlerinde esas olarak iki tr elektrik generatr kullanlmaktadr. Bunlardan en yaygn olarak bilineni ift Beslemeli Asenkron Generatr (bilezikli asenkron generatr, ksaca DFIG), dieri ise Sabit Mknatsl Senkron Generatrdr (ksaca PMSG). ift Beslemeli Asenkron Generatr anma (nominal) gcn yksek devirlerde verdiinden (tipik olarak 1.500 dev/dk), anma hzndaki rzgrn dk devirde (tipik olarak 25 dev/dk) dndrd kanatlarn bu dk devir saysnn byk dntrme oranl bir dili kutusu yardmyla ykseltilmesi gerekir (bu rnek iin 25/1500 = 1/60). 2MW gcnde rnek bir trbine ait temel veriler Tablo 1de sunulmutur. Tablo 1. Tipik 2MW gcnde bir rzgr trbinine ait veriler.

    Tem

    el V

    erile

    r:

    Trbin tipi Yatay eksenli, rzgr nden alan (upwind) Anma gc 2 MW Hz kontrol Her bir kanat a (pitch) kontroll ve yedekli Uygun rzgr snf IEC 2a Devreye girme rzgr hz (cut-in wind speed) 3.5 m/s

    Anma rzgr hz 13.5 m/s Devreden kma rzgr hz (cut-out wind speed) 25 m/s

    alma mr 20 yl letme ortam scakl -20 ila +40 oC

    Rot

    or v

    erile

    ri:

    Rotor ap 80 m Kanat says 3 adet Taranan alan (rotor alan) 5027 m2 Gbek (hub) ykseklii 75 m Rotor toplam arl 40 ton Rotor (pervane taraf) anma hz 20 dev/dk Rotor alma hz aral 10-24 dev/dk Eim (tilt) as 5o Konik a -2o Maks. kanat eni 3.250 m Kanat arl 7.100 kg/adet Kanat freni Maks. kanat as ayaryla

    Nas

    el

    Veril

    eri: Dili kutusu 1 planet dili, 2 helis dili (toplam 1/75 evirme)

    Generatr tipi ift Beslemeli Asenkron Generatr (DFIG) Anma gerilimi ve devir says 690 V AC, 1500 dev/dk Frekans 50 Hz

    Kon

    trol

    si

    stem

    i: Kanat as (pitch) kontrol Mikroilemci temelli, gelimi kontrol algoritmal, bamsz kanat ayarlamal, failsafe (UPS yedeklemeli) frenleme

    Yn (yaw) kontrol Mikroilemci temelli, PID kontrol algoritmal SCADA Modem Ethernet ve fiber temelli uzaktan eriim, izleme, raporlama ve kontrol

    Kul

    e: Kule tipi Konik elik kule

    Kule ykseklii 80 m Para says 3

  • _________________________________________ 4 ______ zmir Rzgr Sempozyumu ve Sergisi / 23-24 Aralk 2011

    Uzun yllardr iyi bilinen iki elektrik makinesi tipi, temel olarak Asenkron Generatr ve Senkron Generatr, yar-iletken teknolojisindeki gelimelerle g elektronii ve kontrol imknlarnn iyilemesi, sabit mknats retim ve makineye montaj tekniklerinin ilerlemesi, bilgisayar destekli karmak tasarm ve analiz yntemlerinin kullanlabilmesi ve bylece yeni generatr mimarilerinin tasarlanmas ve sair gelimeler sayesinde yeni baarl uygulamalarla karmza kmaktadr. Bu baarl uygulamalar neticesi, rzgr enerjisi, yenilenebilir enerji kaynaklar arasnda enerji geri dn, mliyet ve uygulanabilirlik kstaslaryla deerlendirildiinde dier kaynaklardan stn hale gelmektedir. Bu nedenle yenilenebilir kaynaklar arasnda rzgr enerjisi, hidrolik enerjiden sonra ikinci sraya oturmutur. 2. MLRES Projesi lkemizde gelien elektromekanik, imalat ve inaat sanayileri uluslararas pazarlarda yksek rekabet gcne sahip olduklar halde bu sanayilerin bir eit entegrasyonu saylabilecek rzgr trbinleri teknolojisinde tam bir da bamllk sz konusudur. stelik tamamyla yurtdndan ithalat yoluyla gelen rzgr trbinlerinin lkemiz rzgr rejimine ve iklim artlarna uygunluklar skntldr, verim problemleri ve ciddi iletme zorluklar sz konusudur. Rzgr teknolojisindeki bu ar da bamllk nemli bir milli gelir kaybna yol amaktadr. 2 Kasm 2011 tarihi itibariyle 662 sayl Kanun Hkmnde Kararname ile kuruluuna dair kanunun yrrlkten kaldrlmasyla "Yenilenebilir Enerji Genel Mdrl" haline getirilen Elektrik leri Ett daresi, lke olarak halen 2 GW civarnda iletmeye alnm toplam RES kurulu gcmzn nmzdeki 10 ylda, Cumhuriyetimizin 100. yl olan 2023de, 20 GW olacan ngrmektedir. 20 yllk dnemde bu rakamn 40 GW olmas beklenmektedir. u anda orta ve byk lekli (500 kW ve st) endstriyel rzgr trbinlerinin maalesef tamam ithal edilmektedir. MW bana 1.5 milyon Amerikan dolar (USD) piyasa deerinden hesaplarsak 20 yl iinde rzgr trbinleri iin yurt dna akacak milli kaynan 60 milyar USD civarnda olaca beklenmelidir. lkemiz rzgr snfna uygun, zgn ve ulusal rzgr trbin tasarmlar gelitirilerek 20 yl iinde i pazarn hi deilse %25inin yerli retim olmas ve dolaysyla 15 milyar USD milli kaynan yurtdna akmasnn nlenmesi hedeflenmelidir. Bu dnceyle eitli niversiteler, ara