rüzgar tribünleri ile enerji üretimi

  • Upload
    nesoist

  • View
    238

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    1/60

    T.C.SAKARYA NVERSTES

    FEN BLMLER ENSTTS

    RZGAR TRBNLER LE ENERJ RETM

    YKSEK LSANS TEZ

    Elektrik Elektronik Mh. mer ERGR

    Enstit Anabilim Dal : ELEKTRK. ELEKTR MH

    Enstit Bilim Dal : ELEKTRONK

    Tez Danman : Prof. Dr. Mehmet Ali YALIN

    Eyll 2006

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    2/60

    T.C.SAKARYA NVERSTES

    FEN BLMLER ENSTTS

    RZGAR TRBNLER LE ENERJ RETM

    YKSEK LSANS TEZ

    Elek-Elektronik Mh. MER ERGR

    Enstit Anabilim Dal : ELEKTRK-ELEKTR MH.

    Enstit Bilim Dal : ELEKTRONK

    Bu tez 04/09/2006 tarihinde aadaki jri tarafndan Oybirlii ile kabuledilmitir.

    Prof. Dr. M. Ali Yaln Y. Do. Dr. MehmetBayrak

    Y. Do. Dr. mdatTaymaz

    Jri Bakan ye ye

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    3/60

    NSZ

    Sakarya niversitesindeki renimim boyunca bana yardmc olan tm hocalarma

    teekkr ederim.

    zellikle danman hocam olarak bana hem lisans eitimimde hem de lisansst

    eitimimde yardmc olan Prof. Dr. Mehmet Ali Yalna teekkr bir bor bilirim.

    Sayn hocam dnda gerek dokuman salamamda gerek simlasyon uygulamamda

    zamann benden esirgemeyen Ar. Gr. rfan Yazcya teekkrlerimi sunarm.

    MER ERGR

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    4/60

    NDEKLER

    NSZ.. ii

    NDEKLER.. iii

    SMGELER VE KISALTMALAR LSTES. v

    EKL LSTES..vi

    TABLOLAR LSTESviiZET..viii

    SUMMARY ix

    BLM 1.

    GR.. 1

    1.1. Tarihe...... 1

    1.2. Rzgar Enerjisinin Kresel Durumu.41.3. Trkiyede Rzgar Enerjisi Durumu 8

    BLM 2.

    RZGAR ENERJS.............. 13

    2.1. Rzgarn Oluumu 13

    2.2. Rzgar Trleri.. 14

    2.2.1. Yerel rzgarlar. 14

    2.2.2. Deniz meltemi.. 14

    2.2.3. Kara meltemi15

    2.2.4. Geostrafik rzgar. 15

    2.3. Weibull Dalm...... 15

    2.4. Rzgardan Elde Edilebilecek Elektrik Gcnn Hesab...... 17

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    5/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    6/60

    SMGELER VE KISALTMALAR LSTES

    B: Pitch As (0)

    c : lek deikeni (m/s)

    Cp : Verim katsays

    ES: Harici Rzgar Hzn simgeleyen harici sinyal (m/s)

    f : stator uyarma frekans

    k: ekil deikeni

    Ns: senkron hz

    P: Trbin k gc (pu)

    P: magnetik kutup iftlerinin says

    T : moment

    Tm: Trbin k torku (pu)

    Vw: Rzgar hz (m/s)

    W: Mekanik Hz (rad/s)

    : stator aks

    : generatr verimi

    : Birim hacim iin havann younluu

    BM : Birlemi Milletler

    ETKB : Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanl

    IEA : Uluslararas enerji kurumu

    OPEC : Petrol hra Eden lkeler Birlii

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    7/60

    EKLLER LSTES

    ekil 1.1. Juul tarafndan kullanlan ilk alternatif akm reten jeneratr 2

    ekil 1.2. lk Gedser Trbini... 2

    ekil 1.3. California Palm Springs Rzgar Park.3

    ekil 1.4. Dnya Enerji Kaynaklar. 5

    ekil 1.5. Dnya Elektrik retimi... 5

    ekil 2.1. Weibull dalm 16ekil 2.2. Bozcaada iin Rayleigh dalm 17

    ekil 2.3. Havann Rotor evresindeki Ak. 18

    ekil 2.4. Cpnin V3/V1in fonksiyonu olarak izilmi eri... 21

    ekil 3.1. Rzgar Tribn Yaps... 22

    ekil 3.2. Elektrik Generatr 24

    ekil 3.3. Senkron Generatr. 26

    ekil 3.4. Asenkron Genetarr..... 27ekil 3.5 Sabit Hzl Rzgar Trbini 31

    ekil 3.6 Deiken Hzl Senkron Generatrl Trbin Sistemi 32

    ekil 3.7 ift Beslemeli Asenkron Generatr Sistemi . 33

    ekil 3.8 Rzgar hz g deiimi 34

    ekil 4.1. Rzgar Trbini Eleman. 38

    ekil 4.2. Rzgar Kayna Eleman 38

    ekil 4.3. Rzgar Trbini Kontrolr Eleman.. 38

    ekil 4.4. Trbinin PSCAD Simlasyonu.. 40

    ekil 4.5. Sabit Rzgar Hzndaki Veriler. 41

    ekil 4.6. Simlator Rzgar Kayna Mens.. 42

    ekil 4.7. Deiken Rzgar Hzndaki Veriler43

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    8/60

    TABLOLARLSTES

    Tablo 1.1. Dnyada Rzgar Enerjisi reten lkeler..... 7

    Tablo 1.2. Trkiyede Blgesel Rzgar Verileri 8

    Tablo 1.3. Trkiyede Rzgar Enerjisi retim Asndan Verimli Yerler. 10

    Tablo 1.4. Trkiyede Mevcut Rzgar Santralleri ve Kapasiteleri. 10

    Tablo 1.5. Trkiyede Kurulma Hazrlklar Srdrlen Rzgar Santralleri......11Tablo 5.1. Rzgar Tribnnn 25m/sye kadar rettii g ve pitch as.........44

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    9/60

    ZET

    Anahtar Kelimeler: Rzgar Enerjisi, Yenilenebilir Enerji Kaynaklar, Rzgar Trbini,Rzgar Generatrleri, Simlasyon.

    Son yllardaki rzgar enerjisinin kullanm hzl bir art gstermesiyle birok lkederzgar enerjisinin kullanmn tevik etmek iin programlar balatlmtr. Trkiyede

    birok zel sektr kuruluu verimli blgelerde fizibilite almalarna balamtr.

    Trkiyede zellikle Marmara ve Ege blgesinde rzgar enerjisi ile ilgili lmleryaplmaktadr. Bu lmler hem Devlet Meteoroloji leri hem de zel kurululartarafndan yaplmaktadr. Bu lmlere gre en elverili blgeler Alaat, Gkeada,Data, Bozcada, ve ntepedir.

    Trkiye dier bir alternatif enerji kayna olan gne enerjisi bakmndan da oldukaelverilidir. Ama, gne enerjisinin veriminin dk olmas ve ok geni alanlaraihtiya duymas nedeniyle u an iin ekonomik deildir. Bu bakmdan dolay rzgarenerjisi gnmz koullarnda ideal alternatif enerji kaynadr

    Bu tezde birinci blmde rzgar trbinlerinin tarihesi, rzgar enerjisinin dnyada veTrkiyede ki kullanmlarndan bahsedilmitir. kinci blmde rzgar enerjisininoluumu,trleri,weibull dalm ve rzgar enerjisinden elde edilebilecek elektrikgcnn hesab incelenmitir. nc blmde ise rzgar trbinlerinin iyaplar,senkron ve asenkron generatrler zerinde durulmutur. Drdnc ve son

    blmde ise PSCAD simlasyon programyla sabit ve deiken hzlar iin trbinsimlasyonu yaplmtr.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    10/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    11/60

    BLM 1. GR

    1.1. Tarihe

    Dnyada temiz yenilenebilir enerji kaynaklarn kullanlmasnn nemi her geen gn

    artmaktadr. zellikle rzgar enerjisi maliyetlerin dmesiyle daha da yaygnlamtr.

    Rzgar enerjisi kayna bakmndan da Trkiye olduka elverili bir konumdadr. Enerji

    sektr lke ekonomisinin temel src gcdr. Yer alt kaynaklar bakmndan da

    baml olan lkemiz, ileride yapaca yatrmlarla, temiz rzgar enerjisi sayesinde bu

    bamll azaltabilir.

    .Rzgar enerjisi ilk defa M.. 5000li yllarda Nil Nehrinde ulamda kullanlmtr.

    Ayn tarihlerde inde de tarmda su pompalamak iin kullanld bilinmektedir.Rzgar

    gc kullanm Hal seferleriyle Avrupaya gemitir. 1105 ylnda Fransada

    yaygnlaan rzgar deirmenleri daha sonra ngiltere ve sonrada Hollandadakullanlmaya balanmtr.

    Endstri devrimiyle birlikte 18.Yzylda buhar makinalarnn ortaya kmasyla,

    enerjinin temini iin temodinamik ilemlere dayanan makinalardan faydalanlmaya

    balanmtr. zellikle kmr, petrol ve gaz gibi fosil yaktlarn nemi artmtr.

    Poul la Cour (1846-1908) modern rzgar generatrlerinin ncs olmutur. La Cour

    rzgardan enerji reten ilk trbini 1891 ylnda kurmutur. Askov Folk Kollejinderzgar generatrleri ile ilgili eitli dersler vermitir[16].

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    12/60

    2

    Danimarkada 1918 ylnda rzgar enerjisinden elektrik reten 120 adet trbin

    bulunmaktayd. Gleri 20 ile 35 kW arasndaki bu trbinlerin toplam gc 3 MW

    buluyordu ve Danimarkann elektrik retiminin %3n karlamaktayd.

    1951 ylna gelindiinde doru akm reten generatrler yerlerini yava yava alternatif

    akm reten asenkron generatrlere brakmaya balamtr. AC generatr retimiyle

    ilgili ilk almalar, Poul La Courun rencisi olan Johannes Juul tarafndan

    balanmtr.

    1956-1957 yllarnda SEAS elektrik irketi iin Gedser kylarnda 200 kwlk rzgar

    trbini Johannes Juul tarafndan kurulmutur. Kurulan tesis modern rzgar trbinlerinindizayn iin nc olmutur.

    ekil.1.1. Juul tarafndan kullanlan ilk ekil 1.2. lk Gedser Trbini [16]

    Alternatif akm reten jeneratr [16]

    1960l yllara gelindiinde ucuz olan fosil yaktlar kullanlarak retilen enerji revataolmu ve rzgar enerjisinden elektrik retimi azalma gstermitir. Ancak 1970li

    yllardaki petrol krizinin boy gstermesiyle alternatif enerji kaynaklar araylar

    hzlanmtr.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    13/60

    3

    Gnmzde rzgar santralleri, enterkonnekte ebeke ile balantl ok sayda trbin

    ieren rzgar iftlikleri biimindedir. Gelimi rzgar trbinleri yatay eksenli, iki ya da

    kanatl olup tek makine gleri ounlukla 250 kWn zerindedir. Kule ykseklikleri

    30 ile 70 m arasnda deimekte, rotor aplar 30-60m arasnda olmaktadr. CaliforniaPalm Springsdeki rzgar park, 55 kWlk 1000den fazla generatrn kullanld en

    byk rzgar tarlasdr.

    ekil 1.3 California Palm Springs Rzgar Park

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    14/60

    4

    1.2. Rzgar Enerjisinin Kresel Durumu

    Modern enerji anda temel deiimler, 1970li yllarda OPEC lkeleri endstrilemi

    lkelerin ekonomileri zerindeki glerini kavradklarnda, ortaya kt. Bununsonucunda yakt fiyatlar bir gecede tavana vurdu ve srekli ucuz, srekli daha ok

    enerji arz ani bir sona ular grnd. Ama 1980li yllarn ortalarnda yeni arz irketleri

    OPECin pazar payn azaltnca petrol fiyatlar dt ve OPECin birlii paraland.

    Yaplan hesaplamalara gre, tketim hz ayn devam ettiinde, petrol rezervleri 2040,

    doalgaz 2060, kmr ise 2150 ylnda byk bir olaslkla tkenecektir[3].

    Rzgar enerjisi kullanmnn avantajlar unlardr:- Sera gaz etkisi yaratmaz,

    - Temiz bir enerji kaynadr,

    - Gvenirlii ve ucuzluu gittike artmaktadr,

    - Rzgar trbini kurulan bir arazi ikili kullanm imkanna sahiptir.

    Modern enerji sahnesindeki bir dier aktr nkleer enerjidir. 40 yl nce varolmayan bir

    sanayi bugn retiminin zirvesindedir. Ama,ayn zamanda, bu endstri snmektedir.

    Yeni sipariler 20 yl nce son bulmutur, ve yalanan reaktrler mrlerinin sonuna

    gelmi, birer birer kapatlmaktadr. 1970'li yllarda yksek fosil yakt fiyatlar ve uygun

    devlet politikalar sonucunda yenilenebilir enerji kullanm da artmtr. Hidroelektrik

    g en byk yenilenebilir enerjidir.

    Nkleer ve yenilenebilir enerjilerin katklarna ramen dnya hala fosil enerji anda

    bulunmaktadr. Fosil yaktlar kmr, petrol ve doal gaz birincil enerji kaynaklardr.

    Elektrik retiminde kmr egemendir, petrol tama yaktlar zerinde neredeyse

    tekeldir, ve doal gaz, gelimekte olan lkelerde kn stma iin kullanlan en yaygn

    yakttr.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    15/60

    5

    ekil 1.4. Dnya Enerji Kaynaklar [4] ekil 1.5. Dnya Elektrik retimi [4]

    Rzgar enerjisinin bukadar popler olmasnn sebepleri, ucuz, bol ve tkenmez bir enerji

    kayna olmasdr. 1980lerde rzgar enerjisinin kWh maliyeti 38 cent iken gnmzde

    bu rakam 4 cent civarlarna dmtr. Yaplan tahminlerde bu rakam 2010 ylnda 2.6

    cent, 2020de ise 2.1 cente kadar dmesi tahmin edilmektedir.

    Enerji yatrmlarnda toplam proje maliyeti hesaplanrken toplumsal maliyetlerin gz

    nne alnmyor olmas, gemiin sorunlu teknolojilerinin gelimekte olan lkelere

    tanmasnn temel nedenidir. Her teknoloji yatrm iin toplumsal maliyetler, doal

    evre ve insan salna yaplan tahribatnn ekonomik deeri olarak, toplam yatrm

    maliyetine eklenmelidir. rnein bir kmrl termik santraldan elektrik retmenin

    toplumsal maliyeti ABD dolar zerinden 4 sent /kWh (0.04$) mertebesindedir.

    Her enerji projesi iin toplam maliyetler beikten mezara tm maliyetleri kapsamaldr.rnein, DECON senaryosuna gre, ABDde son zamanlarda kapatlan Maine Yankee

    Nkleer G Santralnn sklmesinin maliyeti 2 Milyar Dolardr. Ayn santraln 1972

    ylndaki yatrm maliyet 231 Milyon Dolardr (Tabiki bugn iin ayn Nkleer G

    Santralinin kurulum maliyeti gz nne alnmaldr.)

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    16/60

    6

    Avrupa Birliine ye lkeler, yenilenebilir enerji kaynaklarnn faydalarn gz nnde

    bulundurarak, enterkonnekte ebekeye bal yenilenebilir enerji kaynaklarnn nn

    amak iin almalar yaptlar. Bu kararn uygulanmasyla yenilenebilir enerji

    kaynaklarnn Avrupa Birlii enerji gvenilirliindeki artta stratejik rol olduugrld. Ayrca yerel ve blgesel ekonomiye yarar salad grld.

    Yenilenebilir enerji kaynaklarnn geliimi, eitli politikalarn ve almalarn

    sonucunda baarlmtr. Avrupa Birliine ye lkeler arasnda bu politika ve

    almalarda farkllk olsa da genelde uygulanan politika ve almalar unlardr:

    - Yenilenebilir enerji kaynaklarnn teknolojik geliimi iin yaplan ARGE masraflarna

    devlet yardmlar.

    - Yenilenebilir enerji kaynaklarnn yaylmasn kolaylatrmak iin hkmet tevikleri.

    - Kredilerde ve vergilerde indirim.

    - Arazi salanmasnda kolaylklar.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    17/60

    7

    Tablo 1.1. Dnyada Rzgar Enerjisi reten lkeler [12]

    LKE 2005 ba Toplam

    Kurulu G (MW)Almanya 16.628.8

    spanya 8.263.0

    Usa 6.740.0

    Danimarka 3.117.0

    Hindistan 2.985.0

    talya 1.125.0

    Hollanda 1.078.0Japonya 940

    ngiltere 900

    in 764.0

    Avustralya 606.0

    Yunanistan 468

    sve 442

    Belika 95.0

    Ukrayna 68.6

    Brezilya 23.8

    Trkiye 20.1

    Tunus 19

    Rusya 10.8

    Romanya 1.0

    Bulgaristan 1.0

    Toplam 47.864

    Uluslararas enerji kurumu (IEA) istatistiine gre Avrupada lke, Almanya,

    spanya ve Danimarka ne kmaktadr. Avrupa Birliinin 2010 ylndaki hedefi

    75GWlk gcn rzgar yoluyla retilmesidir. 2020 ylndaki hedefse 175 GW gtr.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    18/60

    8

    Rzgar trbinleri en az 20 yl mr iin dizayn edilmitir. Baz paralar (rn: fren

    aksam,ak..) her iki senede, daha nemli ve pahal para olan dili sistemi mrn

    yarladnda deitirilmelidir.

    1.3. Trkiyede Rzgar Enerjisi Durumu

    Trkiyenin hzl nfus art ve sanayilemesine paralel olarak enerjiye olan ihtiyac

    artmaktadr. lkemizde en byk pay da baml olduumuz fosil yaktlara aittir.

    Trkiye, yenilenebilir enerji kaynaklar bakmndan olduka iyi durumdadr. Trkiyenintoplam rzgar enerjisi potansiyeli 40.000 ile 80.000 MW dzeyindedir. Devlet

    Meteoroloji leri istasyonlarnn verilerine gre, Trkiyenin yllk ortalama rzgar

    hznn on metre ykseklikte 2.54 m/s ve rzgar gc younluunun 24W/m2 olduu

    belirlenmitir. Trkiyenin rzgar enerjisi potansiyeli blgelere gre

    deerlendirildiinde, Marmara ve Gneydou Anadolu Blgelerinin rzgar gc

    younluu bakmndan dier blgelere gre daha zengin olduu grlmektedir (tablo

    1.2).

    Tablo 1.2. Trkiyede Blgesel Rzgar Verileri [12]

    Blge Ad Ortalama Rzgar Gc

    Younluu (W/m2)

    Ortalama Rzgar Hz

    (m/s)

    Marmara 21.36 3.29

    Gneydou Anadolu 29.33 2.69

    Ege 23.47 2.65

    Akdeniz 21.36 2.45

    Karadeniz 21.31 2.38

    Anadolu 20.14 2.46

    Dou Anadolu 13.19 2.12

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    19/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    20/60

    10

    Tablo 1.3. Trkiyede Rzgar Enerjisi retim Asndan Verimli Yerler [12]

    Yerleim Ortalama Rzgar Gc

    Younluu (W/m2)

    Ortalama Rzgar Hz

    (m/s)

    Bandrma 152.6 5.0

    Antakya 108.9 4.4

    Kumky 82 4.0

    Mardin 81.4 4.0

    Sinop 77.9 3.9

    Gkeada 74.5 3.9

    orlu 72.3 3.8

    anakkale 71.2 3.8

    Tablo 1.4. Trkiyede Mevcut Rzgar Santralleri ve Kapasiteleri [12]

    Projenin

    Ad

    Yer Blge letmeye

    Balangc

    Trbin

    Kapasitesi

    Trbin

    Says

    Kurulu

    G

    Rotor

    ap

    eme

    Germiyan

    zmir

    eme

    Ege ubat

    1998

    500 3 1.5MW 40.3m

    eme

    Alaat

    zmir

    Alaat

    Ege Kasm

    1998

    600 12 7.2MW 44m

    Bozcaada anakkale

    Bozcaada

    Marmara Temmuz

    2000

    600 17 10.2mw 44m

    stanbul Hadmky

    stanbul

    Marmara 2003 600 2 1.2mw 44m

    Toplam: 34 20.1mw

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    21/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    22/60

    12

    Tablo 1.5 Devam

    Bandrma Rzgar Santral ATLANTS TCARET Balkesir-Bandrma 15 MW

    eme Rzgar Santral PROKON zmir-eme 12 MW

    Akhisar Rzgar Santral AK-EN (SASA NAAT) Manisa-Akhisar 12 MW

    Akhisar Rzgar Santral DEMRER HOLDNG Manisa-Akhisar 30 MW

    Beyoba Rzgar Santral ATLANTS TCARET Manisa-Akhisar (Beyoba) 7.92 MW

    Karaburun Rzgar Santral ATLANTS TCARET zmir-Karaburun 22.5 MW

    Hacmerli Rzgar Santral DEMRER HOLDNG zmir-Hacmerli 45 MW

    Kocada Rzgar Santral MAGE A.. zmir-eme (KOCADA) 26.25 MW

    Gkeada Rzgar Santral SMELKO anakkale-Gkeada 5 MW

    Yaylaky Rzgar Santral MAGE A.. zmir-Karaburun 15 MW

    Lapseki Rzgar Santral ATLANTS TCARET anakkale-Lapseki 15 MW

    enky Rzgar Santral AKFIRAT A.. Hatay-enky 12 MW

    Belen Rzgar Santral TEKNK TCARET Belen-Hatay 20-30 MW

    Kumkale Rzgar Santral DEMRER HOLDNG anakkale-Kumkale 12.6 MW

    Mazda-2 Rzgar Santral DEMRER HOLDNG zmir-eme 90 MW

    Mazda-3 Rzgar Santral YAPISAN LTD. zmir-eme 39.6 MW

    Kapda Rzgar Santral AS MAKNSAN Erdek-Balkesir 20-35 MW

    Karabiga Rzgar Santral AS MAKNSAN Karabiga-anakkale 15-50 MW

    Yellice Belen Rzgar Santral AS MAKNSAN Yellice-Belen Karaburun 70-100 MW

    Zeytinba Rzgar Santral Deryalar LTD. Bursa-Zeytinba 30-60 MW

    ERES Rzgar Santral INTERWIND LTD. eme 18-25.5 MW

    Tatepe Rzgar Santral FORA A.. Tatepe-Bandrma 37.8 MW

    Kocaali Rzgar Santral DERN LTD. Tekirda-arky 31.2 MW

    Topda Rzgar Santral DERN LTD. Sinop 33 MW

    Paaliman Rzgar Santral AS MAKNSAN Kapda-Marmara 9 MW

    Seyitali Rzgar Santral DERN LTD. Aliaa 51 MW

    Gzelyer Rzgar Santral ENDA Enerji retim A.. eme 50.4 MW

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    23/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    24/60

    14

    Rzgar atmosferde bol ve serbest olarak bulunan, kararl, gvenilir ve srekli bir

    kaynaktr. Doas gerei kinetik enerji tamaktadr. Havann zgl ktlesi az

    olduundan, rzgardan salanacak enerjinin miktar rzgarn hzna baldr. Rzgarn

    hz ykseklikle, gc ise hznn kp ile orantl olarak artar. Salayabilecei enerjigcne estii sreye baldr. zgl rzgar gc, hava debisine dik olarak birim yzeye

    den gtr.

    2.2. Rzgarn Trleri

    Tm dinamik hava olaylar atmosferin yeryzne en yakn tabakas olan troposfer de

    gereklemektedir. Yzey rzgarlar yeryznden yaklak 100mlik ykseklik

    ierisinde tanmlanr. Bu nedenle yeryznden ok fazla etkilenir. Yere yakn

    dzeylerde yzey rzgar ile geostrofik rzgar ynnn farkl olmasnn nedeni budur.

    Rzgarlar drt balk altnda incelenebilir.

    2.2.1. Yerel rzgarlar

    Bu rzgarlar belli bir alanda baskn rzgar belirlemede nemlidir. Yerel rzgarlar

    byk lekli rzgarlara katkda bulunurlar. Byk lekli rzgarlar zayf olduunda

    yerel rzgarlar, bu rzgarn eklini belirlerler.

    2.2.2. Deniz meltemi

    Kara zerindeki hava ktlesi gne tarafndan gndz deniz zerindeki hava ktlesinden

    daha abuk stlr. Hava ktlesi yukarya doru hareket etmeye balar. Bylece kara

    zerinde alak basn oluur. Bu alana denizdeki hava ktlesi hareket ederek denizmeltemini oluturur.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    25/60

    15

    2.2.3. Kara meltemi

    Akam, kara ve deniz scaklklarnn eitlenmesi sreci olduundan hava sakindir. Gece

    ise kara denizden daha souk olduu iin deniz meltemindeki olayn tersine hareketbalar. Yani hareket karadan denize doru olur. Buna kara meltemi denir. Bu rzgarlar

    deniz meltemine gre daha az iddetlidir. nk geceleyin kara ve deniz scaklklar

    birbirine daha yakndr.

    2.2.4. Geostrofik rzgar

    Geostrofik rzgar, scaklk farkllklar dolaysyla oluan basn farkllklarndanmeydana gelir. Geostrofik rzgarn, yerin yzey yapsndan etkilenmedii var saylr.

    Doal olarak bu rzgarn olduu ykseklik yaklak olarak 1kmdir. Bu rzgar hava

    balonlar kullanlarak llr.

    2.3. Weibull Dalm

    Rzgar enerjisinin frekans dalmna en uygun istatiksel dalmnn Weibull dalm

    olduu bata Justus (1978) ve Lyons tarafndan ifade edilmitir. Rzgar hz deerlerinin

    hakim yn ve iddetlerinin bulunmas, bu dalmn kullanlmasnn esas sebepleri

    arasnda yer almaktadr. Rzgarn belli bir periyotta deiimi ve dalm, hem enerji

    retimi deerlendirmelerinde hem de rzgar endstrisinde ok nemlidir. Trbin

    tasarmclar, trbin iyiletirilmesinde ve maliyetleri en aza indirmede rzgar dalm ve

    deiimi ile ilgili bilgilere gerek duyarlar. Eer bir yl boyunca rzgar llrse, genel

    olarak ok iddetli rzgarlarn nadiren, lml ve iddetli rzgarlarn daha ok ortaya

    kt grlr. Bir site iin rzgar dalm ya llerek, ya da lmlere dayal deiiknokta ve yksekliklerde Weibull dalm ile belirlenir[16]. Weibull dalm erisi

    simetrik deil arpktr. Bu eriyi oluturan her bir hz frekanslar, ortalama hzn

    bulunmasn da salar. Buna gre Weibull dalm;

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    26/60

    16

    k V k1

    V c

    P(V) =c c

    e

    eklinde ifade edilir.

    V: rzgar hz (m/s)

    c : lek deikeni (m/s)

    k: ekil deikeni

    ekil 2.1. Weibull dalm [16]

    ekil 2.7de ana hz 7 m/s, ekil deikeni 2 ve lek deikeni 7,9 alnarak izilmi bir

    Weibull dalm verilmitir. Eer ekil deikeni 2 ise, ekildeki gibi, bu dalma

    Rayleigh dalm denir. Rzgar trbini reticileri, makinelerinin standart performans

    diyagramn Rayleigh dalmn kullanarak verirler. Bunun nedeni, deiik yerlerdeki

    rzgar dalmlarnn bilinememesidir. ekil 2.2de Bozcaada iin Rayleigh dalm

    verilmitir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    27/60

    17

    ekil 2.2. Bozcaada iin Rayleigh dalm

    2.4. Rzgardan Elde Edilebilecek Elektrik Gcnn Hesab

    Rzgar trbinin rotoru hava akmndaki enerjiyi absorbe eder ve bu da rzgarn hzna

    bir etkide bulunur. Bir rzgar trbini tesis etmeden nce seilen yrenin rzgar enerjisipotansiyelinin ve buna ait teorik hesaplarn yaplmas gerekir. ekil 2.3de havann rotor

    evresindeki ak verilmitir. Rotoru terk eden havann hz azalr ve teetsel olarak da

    ynnde bir sapma olur.

    Rzgar gcnn hesabnda kinetik enerji forml temel alnr. Trbine giren rzgarn

    enerjisi ile kan rzgarn enerjisi arasndaki fark elde edilen enerjiyi verir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    28/60

    ?

    18

    ekil 2.3. Havann Rotor evresindeki Ak [6]

    WW= Va (V2 V2 )

    21 3

    : Birim hacim iin havann younluu

    V1: Trbine giren rzgarn hz

    V3: Trbinden kan rzgarn hz

    Va: Hava hacmi eleman

    Rzgar trbininin gc u ekilde ifade edilir:

    V

    (V 2 V 2 )

    PW=

    dWWdt

    = d

    a

    21 3

    dt

    Trbinin rotorundan geen hava hacminin ak ise

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    29/60

    R 2

    19

    dVa = A Vdt

    eklinde ifade edilir.

    Yar kararl halde g:

    PW = AR (V2 V2 )V2

    21 3

    G absorpsiyonu ve trbinin iletme koullarn efektif alan AR, rzgar hz ve bu

    deerlerde oluan deiiklikler belirler. Rzgar trbininden elde edilecek maksimum g

    Betz tarafndan aada verildii gibi ifade edilmitir.

    16 3PW =MAX 27AR V12

    Rotordan geen havann ortalama hznn, trbine giren rzgarn hz ile trbinden kan

    rzgarn hznn ortalamas olduunu varsayalm. Bu durumda rotordan geen havann

    ktlesi;

    m= A

    (V1 +V3

    )2

    olarak elde edilir.

    Newtonun ikinci kanununa gre rotor tarafndan elde edilen g

    P=1

    m(V2 V2 )2

    1 3

    P= (V2 V2 )(V +V )A4

    1 3 1 3

    Rotorun rzgar engellemedii varsayarak ayn alandan geen havann gc;

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    30/60

    P =

    20

    P0=

    V 3 A

    21

    P ile P0 arasndaki oranna verim katsays denir.

    (V 2 V 2 )

    (V

    +V )A

    Cp= 41 3 1 3

    P0 V 3 A2

    1

    2 1 V3 V3 Cp= 2

    1 V

    1 +V

    1 1

    CpninV3 in fonksiyonu olarak izilmi erisi ekil 2.4de verilmitir. Eriden deV1

    grlebilecei gibi fonksiyon

    maksimuma

    V3 =1

    deerinde ulamaktadr. EldeV1 3

    edilecek maksimum g ise toplam rzgar gcnn 0.593 veya16

    sidir. Yani bir27

    rzgar trbininde verim katsaysnn alabilecei maksimum deer 0.593tr. Verim

    katsaysnn pratikte alabilecei deerler ise 0.10 ile 0.45 arasnda deiir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    31/60

    21

    ekil 2.4. Cpnin V3/V1in fonksiyonu olarak izilmi eri [16]

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    32/60

    22

    BLM 3. RZGAR TRBNLER

    3.1. Trbinin Yaps

    ekil 3.1. Rzgar Trbini Yaps [8]

    1- Kanat Yata

    2- Kanat

    3- Rotor Kilidi

    4- Sapma Yata

    5- Kule

    6- Ana Gvde7- Sapma Srcs

    8- Transmitter

    9- Ak

    10- Ses Yaltm

    11- Havalandrma

    12- Rotor Gbei

    13- Kanat As (pitch) Srcs

    14- Yatak Engelleyicisi

    15- Rotor aft

    16- Ya Soutucusu

    17- Dili Sistemi18- Fren

    19- Kuplaj Sistemi

    20- Kontrol Panel

    21- Generator

    22- D Yzey

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    33/60

    23

    Rzgar trbinleri dikey ve yatay olmak zere ikiye ayrlr. Diket rzgar trbinleri daha

    ok deneysel olup, ticari amal uygulamalar azdr. Gnmzde enerji retiminde

    byk oranda kullanlan sistemler yatay trbin sistemlerdir. Byle bir trbin sistemi

    ekil 3.1de grlmektedir. ekil 3.1deki sistemler.

    Kanatlar: Kanatlar, esen rzgarn uak kanatlarnda yaratt kaldrma kuvveti

    prensibine gre alrlar. Bu ekilde dnen sistemler rzgar enerjisini rotora aktarrlar.

    Modern megawatt boyutlu sistemlerde bu kanat boyutlar 35 metreden byk olabilir.

    Rotor: Kanatlar ve kanatlar birletiren merkez, rotor olarak adlandrlr. Gemite farkl

    sayda kanatl sistemler denenmise de gnmzde 2 kanatl veya 3 kanatl sistemlerkullanlmaktadr. Sistemin merkezi rotor aftna baldr.

    Kanat as srcs: Rzgar hznn elektrik retmek iin ok dk veya ok yksek

    olduu zamanlarda veya rzgar hz deitiinde, rotorun dnmesini engellemek iin,

    rotor kanatlarnn rzgara kar gelen alar deitirilerek rzgarn oluturduu kaldrma

    kuvvetinin deitirilmesiyle bir hz kontrol yaplm olur.

    Sapma srcs: Sapma srcs, rzgarn yn deitike rotoru dndrerek, sistemin

    rzgara kar durmasn salar. Sapma motoru tarafndan hareket ettirilir. Dn yn ve

    miktar, rzgar kanatndan alnan bilgiler ile kontrol sistemi tarafndan hesaplanr.

    Rotor aft: Bu aft rotoru dili sisteme veya dorudan tahrikli sistemlerde generatre

    balar.

    Fren: Acil durumlarda rotoru durdurmaya yarar.

    Dili Sistemi: Dn hz yksek generatrler iin geerlidir. Pahal ve ar bir sistemdir.

    Generatr: Asenkron ve senkron generatr olabilir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    34/60

    24

    3.2. Elektrik Generatrleri

    Rzgar trbini generatrleri mekanik enerjiyi elektrik enerjisine evirirler. Rzgar

    trbini generatrleri dier tip generatrler gre biraz farkldr. Bunun ilk sebebi,

    generatrn salnml g reten rzgar trbini rotoruyla birlikte almasdr[7].

    100 veya 150 Kw stndeki byk rzgar trbinlerinde retilen gerilim fazl

    alternatif olup, genellikle 690 V deerindedir. Daha sonra akm rzgar trbinin yanna

    ve kulenin iine monte edilmi transformatrlere yollanr ve mahalli ebekeye balolarak bu transformatr yardmyla voltaj 10.000V veya 30.000 V arasnda bir deere

    ykseltilir. Byk reticiler hem 50 hz hem de 60 hz ebekeler iin trbinler

    retmektedir.

    ekil 3.2. Elektrik Generatr

    Rzgar trbinleri ya senkron ve ya asenkron generatrle alabilecek ekilde dizaynedilirler. Bu yaplrken generatr ebekeye direk veya endirek olarak balanabilir. Direk

    balanmas demek; Generatr elektrik ebekesine arada hibir arac olmadan balanr.

    Endirek ballanmas demek ise; Trbinden aknm ebekeye uyarlayacak olan elektrik

    cihazlar boyunca akp ebekeye ulamasdr

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    35/60

    25

    Aada belirtilen tip generatr rzgar trbinlerinde yaygn olarak kullanlmaktadr.

    Bunlar;

    - Doru Akm Generatrleri- Senkron Generatrleri

    - Asenkron Generatrler

    Kk g sistemlerinde eskiden daha fazla kullanlan doru akm generatrleri imdi

    senkron veya asenkron generatrlerle deitirilmektedirler Bu generatrler, ok pahal

    olmayan dorultmalar yardmyla kolayca doru akma dntrlebilen alternatif akm

    retirler.

    Gnmzde kullanlan doru akm makineleri ise kalc magnetler ierirler. Rotor kalc

    magnetik kutuplar ierir ve stator de alternatif akm retir Alternatif akm daha sonra

    dorultucular yardmyla dorultulur. Bu tip makineler komutatr ve fralar

    kullanmazlar bylece makinalarn gvenilirlii arttrlm olur.

    Kalc magnetli DC makineler kk trbinlerle kullanlrlar. Bunum sebebi magnet

    kapasitesindeki snrlamalardr. Frasz DC makinalarnn100 kW altnda anma gcnde

    retilebildii bilinmelidir.

    3.2.1. Senkron generatrler

    Dnya zerinde tketilen elektrik enerjisinin byk ounluu senkron

    generatrler yardmyla retilir.[7]

    Bunlara senkron generatr elenmesinin sebebi ortadaki magnetin (ekil 3.2) magnetik

    alann dn ile senkronize olup sabit hzla dnmesidir

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    36/60

    26

    ekil 3.3. Senkron Generatr

    Bu tip makineler sabit frekansa bal olarak sabit hzda alrlar. Bu sebepten tr

    rzgar santrallerinde deiken hzl iletimler iin pek uygun deildirler. Buna ilaveten,senkron makine rotor alann uyarabilmek iin doru akma gereksinim duyar. Bu da

    karbon fralarna ihtiya duyulmas demektir. Doru akm ve fra gereksinimi

    reluktans motorunun kullanm ile elimine edilebilir ve bylece gvenilirlilik de

    arttrlrken maliyet de azaltlr. Fakat bu tip makineler sadece onlu kWl glere

    sahiptirler.

    Senkron makinalarn sabit hzl rnek olarak solar g santrallerinde kullanlmas daha

    dorudur.

    ndksiyon makinelerinin aksine, senkron makineler elektrik ebekelerinde kullanld

    zaman baz avantalara sahiptirler.

    ebekeden reaktif g ihtiyac duymazlar. Bu daha kaliteli g salanmasn salar. Bu

    avantajn nemi, rzgar santrali kk kapasiteli bir ebekeye uzun ve dk gerilimli

    hatlarla baland zaman daha da n plana kar.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    37/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    38/60

    28

    Bu tip makinalarn alma prensibi dnen magnetik alan retilmesidir. Bu dnen

    magnetik alann hzna senkron hz ad verilir.

    Ns = 60.f/pf = stator uyarma frekans

    P= magnetik kutup iftlerinin says

    Senkron hzla dnen stator magnetik alan aadaki belirlenir. Endklenen gerilim

    Faraday elektromagnetik indksiyon kanununa gre:

    e = -d/dt

    Bu gerilim rotordaki sirklasyon akmn retir. Rotor akmnn ve stator aksnn

    elektromagnetik kesiimi momenti retir. Bu momentin genlii aadaki eitlikle

    verilir.

    T = KI2cos2

    K = sabit

    = stator aks

    I2 = rotor barlarnda indklenen akm

    2 rotor akm ile gerilimi arasndaki faz as

    Rotor bu momentin etkisi altnda ivmelenecektir.

    Eer rotor srtnmesiz bir ortamda ve hibir mekanik yke bal deilse, rotor sfr

    direnle dner. Bu koullar altnda, rotor, statorla ayn hza, senkron hza ulaacaktr. Buhzda, rotor hznda indklenen akm sfr deerine sahiptir ve hibir moment deerine

    sahip deildir.

    Eer rotor bir mekanik yke balanrsa, rotor yavalayacaktr. Sabit ve senkron hzla

    dnen stator aks rotor hzna uygun hza sahip olacaktr Sonu olarak, elektromagnetik

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    39/60

    29

    olarak endklenmi gerilim, akm ve moment rotorda oluturulur. Oluturulan moment

    yk ayn hzda srmek iin gerekli momente eit olmaldr. Eer rotoru bir rzgar

    trbinine balarsak ve senkron hzdan daha hzl srersek, endklenen akm ve moment

    yon deitirirler. Bu durumda makine, stator klarna balanm yk iin trbininmekanik enerjisini elektrik enerjisine eviren bir generatr gibi alr. Eer makine

    ebekeye bal ise, gerekli gc ebekeye salayacaktr.

    Bu sebeplen tr, indksiyon makinalar sadece senkron hzn stndeki hzlarda

    generatr gibi alrlar.

    ndksiyon makinalar stator ve rotor arasnda hibir elektriksel balantya ihtiya

    duymazlar. Bunlarn iletimi tamamen elektromagnetik indksiyona dayanr. Elektriksel

    kontaklarn olmamas, ve bunlarn yapmndaki kolaylk bunlar dayankl, gvenilir ve

    dk maliyetli makinalar yapar.

    Bu tip makinalarn alma prensibi bir trafonun alma prensibiyle benzerlikler

    gsterir.

    3.2.2.2. Endksiyon makinalarnn verimi ve soutmas

    Endksiyon makinalarnn i direnleri R1 (Stator direnci) , R2 (Rotor Direnci) stator ve

    rotordaki kayplar temsil ederler [7].

    Bu sebetlen, Rl ve R2 birim olarak temsil edilerek, makinann verimi aadaki ekilde

    hesaplanabilir:

    =l-2.(Rl+R2)

    Diren deerleri Per unit deerlerdir.

    rnek olarak, Rl ve R2 %2 deeri iin, Rl ve R2 = 0,02 birim.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    40/60

    30

    Verim = 1- 2.(0.02+0.02) = 0.92 , veya %92.

    Makinadaki kayplar yeterli soutma salanarak dar atlabilir. Kk makinalargenellikle hava soutmaldr. Nakel iine yerletirilmi generatrleri hava ile soutmak

    olduka zordur Su soutmas, hava ile soutmadan daha etkili olarak, ekilde

    avantajl olabilir:

    - Ayn gteki makinalar iin su soutmal olan hava soutmalya gre daha hafiftir.

    - Su soutma ses ve vibrasyonlar azaltr.

    - Bakm gereksinimini de azaltr bu zellikle uzun kulelerin zerine yerletirilmimakinalar da avantajldr.

    3.2.2.3 Uyarma kapasitesi

    Generatr olarak endksiyon makinalarnn bir dezavantaj uyarlma iin reaktif gce

    ihtiya duymalardr. Uyarma gc generatr terminallerine balann harici bir kapasite

    ile salanabilir. Generatrn ebekeye balanmas durumunda reaktif g, ebekenin

    dier ucuna balanm senkron generatrler yardmyla salanr [7].

    ebekenin reaktif g kapasitesi yeterli olmad zaman, gerekli reaktif gcn bir

    ksmn salamak iin lokal kapasiteler kullanlabilir

    3.3. Rzgar Trbin Sistemleri

    Rzgar trbinlerinde kullanlan generatrler ksmda toplanmaktadr. Bunlardan ilkiolan ve Danimarka tasarm (Danish Concept) olarak ta adlandrlan sabit hzl rzgar

    trbinleridir [5]. Bunun yan sra Senkron generatrler ve bilezikli asenkron motorlarn

    kullanld rzgar trbinleri de uygulanmaktadr. Ayrca ok az sayda olmakla beraber,

    kk gler iinde doru akm generatrleri ile doru akm ve gerilim elde edildii

    rzgar trbinleri de olabilmektedir. Bu trbinler zel bir ama iin retilmektedir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    41/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    42/60

    32

    cevap verme sresi 10 milisaniye ve katlar mertebesindedir. Sonu olarak sabit hzl

    sincap kafesli trbin-generatr sistemlerinde rzgardaki her deime k gcne de

    hzl ve kuvvetli deiimler yapabilmektedir. Bu amala yksek g seviyelerinde bu

    konseptin sakncalar olabilir. Ayrca rzgarn ani deiebildii alanlar iinde pek uygundeildir. Ancak deikenlii az rzgarlarda ve kk g aralklarnda tasarm kolayl,

    kontrol ve ucuzluu ynyle tercih edilmektedir.

    3.3.2. Deiken Hzl Direkt Dal Senkron Generatrler

    Deiken hzl trbin generatr sistemleri senkron ve asenkron makinalarn kullanld

    sistemlerdir. Senkron generatrl deiken hzl generatr sistemlerine ait prensipbalama emas ekil 3.6da gsterilmektedir [5].

    ekil 3.6 Deiken Hzl Senkron Generatrl Trbin Sistemi [11].

    ekilden grld gibi generatr ebekeye bir g konvertr zerinden balanmtr.

    Deiken hzn sonucunda k gc ve frekansn deiken olmas sonucu bir dorultu

    inverterden oluan dntrc ile frekans ve gerilim ebeke deerlerine uygun halde

    tutulmaktadr. Bu dntrme ilemi pek kolay deildir. Harmonikler iin uygun filtretasarm ve tetikleme alarnn uygun ve uyumlu olmas gerekmektedir. Ayrca

    kullanlan eviricinin generatr anma gcne gre dizayn edilmesi maliyet asnda

    sakncaldr. Benzer ekilde filtrelerde anma gcnde gerekletirileceinden ek maliyet

    getirebilir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    43/60

    33

    3.3.3 ift Beslemeli Asenkron Generatr Sistemi

    Rotoru sargl olan bilezikli asenkron makinann generatr olarak kullanld bu

    uygulama da ise gerek uygun bir denetim salanmas ve gerekse enerji kalitesininyksek olmas nedeniyle dierlerinden avantajldr. ebekeye direkt baldr. Rotor

    sarglarna aktarlan enerji bir dntrc ile kontrol edilmekte ve uyarma gereksinimi

    de buradan salanmaktadr[5].

    ekil 3.7 ift Beslemeli Asenkron Generatr Sistemi [11]

    Senkron generatr bal sistemdeki baz sakncalar bu ekilde giderilmitir. rnein

    burada kullanlan evirici yap sadece rotor sarglar iin gerektiinden anma gcnn

    4te 1i orannda dizayn edilmektedir. Buna ek olarak filtrelerde daha kk g iin

    gerekletirileceinden maliyet nemli oranda azalacaktr. Deiken hzlarda dk

    maliyetli ve dk kaypl trbin gerektirmektedir.

    ift Beslemeli Asenkron Generatr Sistemli Trbin reticilerinden bazlar unlardr:

    DeWind, GEWind Energy, Nordex, and Vestas. [11]

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    44/60

    34

    3.4. Rzgar Trbinlerinde G Kontrol

    Rzgar Trbinleri elektrik enerjisini en ucuza mal edebilecek ekilde dizaynedilmilerdir. Bu sebepten dolay rzgar trbinleri yaklak 15m/s rzgar hznda

    maksimum k verebilecek ekilde tasarlanrlar. Daha yksek hzlarda maksimum k

    retebilecek ekilde rzgar tribnleri dizayn etmek mantkl deildir nk daha yksek

    hzlar pek sk meydana gelmez. Eer daha kuvvetli rzgarlar meydana gelirse rzgar

    trbinlerine zarar vermesini nlemek maksadyla ar rzgarn bir ksmndan mahrum

    olmak gerekmektedir. Bu sebepten dolay hemen hemen tm rzgar trbinleri g

    kontrol ierirler [7].

    ekil 3.8 Rzgar hz g deiimi. [11]

    Gnmzde rzgar trbinleri pitch deitirme veya g elektronik sistemleri

    kullanlarak deiken hzla alabilecek ekilde dizayn edilirler. Buna karn, kk

    trbinler ise basit ve dk maliyetli g ve hz kontrol sistemlerini kullanrlar. Hz

    kontrol aadaki ekilde olabilir.

    Yaw (ynerge) kontrol: Bu metotla, rzgar hz dizayn snrlarn at zaman, rotor aksi

    rzgar ynnden ayrltlr.

    Pitch (deitirme) kontrol: Rotor hzn dzenlemek iin deien rzgar hzyla birlikte

    pervanenin yn deitirilir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    45/60

    35

    Stall (durdurma): Bu eit hz konrolnde, rzgar hz sistemdeki gvenlik limitini at

    zaman kanatlar durdurulur.

    Yaw (ynerge) kontrol: yaw mekanizmas rzgar trbini rotorunu rzgarn karsna

    evirmek iin kullanlr. Eer rotor rzgara dik deilse rzgar trbini iin yaw hatasnasahip olduu sylenebilir. Yaw hatasnn anlam udur: rzgar enerjisinin dk bir

    ksm rotor boyunca kullanlmaktadr [7].

    Rzgar kaynana en yakn olan rotor ksm rotorun dier taraflarna gre daha byk

    bir kuvvete maruz kalacandan, rotor saa sola sapma eilimine girecektir. Bunun

    anlam kanatlarn rotorun her dn iin ileri ve geri eilmesidir. Bu sebepten Yaw

    hatasyla alan rotorlar rzgara dik konumda alanlara gre daha fazla yorulmayklerine maruz kalacaklardr.

    Stall (durdurma): Rzgar hz zerine kuvvet gsteren pasif bir kontrol sistemidir.

    Pervane kanatlar pitch asnda sabitlemitir ve yatay eksende dnme yapamazlar [7].

    Rzgar trbinleri pitch asnda sabit rotasyon hznda dndn varsayalm. Rzgar

    hzz arttka, u hz oran azalacaktr ve hcum as da artacaktr. Hcum as artp

    stall asna geldiinde stall (durdurma) olay meydana gelecektir. Bu durum kaldrma

    kuvvetini drrken, srklenme kuvvetinde bir art meydana getirecektir. Stall olay

    kanatlarda btn radyal pozisyonlarda ayn zamanda meydana gelir ve pervane gc

    azalr.

    Stall kontroll rzgar trbinleri, pitch kontroll trbinlere gre daha basit yapdadr. Bu

    mekanizmann faydalar; basit bir pervane ve kanat yapsna sahip olmas, daha az bakm

    gerektirmesi, g kontrolnde yksek verimlilik salamas.

    Pitch (deitirme) kontrol: Bu kontrol eidi, generatrden girdi iareti bekleyen aktif bir

    sistemdir. Ptch kontrol rzgar trbinlerinde bulunan elektronik aksama bal hz

    kontrol sistemi sayesinde k gcn saniyede birka kez kontrol eder. G k

    normalden ok yksekse, hz kontrol sistemi sayesinde pervane pitch mekanizmasna

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    46/60

    36

    sinyal gndererek durum bildirir. Gelen bu sinyalden sonr pervane kanatlar da ynn

    rzgarn estii ynden hafife evirerek g kontrol yapar. Tersi durumda ise, rzgar

    hz azaldnda hz kontrol sinyal gndererek, pervane bu kez rzgarn estii yne

    doru eilir. Bu sistemin avantajlar;btn rzgarl durumlarda aktif g kontrol olanasalanr, daha yksek enerji retimi, ar rzgarlarda pervane kanatlarna den

    ykleme iin pozisyon deiimine olanak salamas, kanatlarn hafif olmasndan dolay

    daha hafif bit yapya sahip olmas [7].

    Tm bu avantajlarna karn bu sistemlerde pervanenin acil durumlarda durabilmesi iin

    gl fren sistemi gerekmektedir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    47/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    48/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    49/60

    39

    4.2. Sabit Rzgar Hzl Simlasyon.

    Rzgar trbinini tahrik eden sistem normal olarak 15m/s sabit hzla esen bir rzgar

    olarak benzetilmitir. Sistemin balang pitch as 16.35 derece olarak verilmitir.Simlasyon sistemin gereken pitch asnn 15m/sdeki deerini vererek, o adaki

    glerin, torklarn anlk deerlerini hesaplamaktadr.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    50/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    51/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    52/60

    42

    4.3. Deiken Rzgar Hzl Simlasyon

    Rzgar trbinini tahrik eden sistem normal olarak 15m/s sabit hzla eserken rzgar hz

    15. saniyede artmaya balam ve 22.5. saniyede 17m/sye ykseltilmitir. Daha sonra30. saniyede tekrar 15 m/sye ekilmi ve 37.5. saniyede yine 17 m/sye artrlmtr. En

    son olarak 45. saniyede ilk hz olan 15 m/s hzna geri dndrlmtr.

    Bu rzgar hz deiiklikleri rzgar kaynann i yaps deitirilerek yaplmtr. Bu da

    rzgar kaynann ana mensnden ani rzgar deeri mensne girilerek yaplmtr.

    ekil 4.6. Simlator Rzgar Kayna Mens

    Deiken rzgar hzlar iin gerekli olan pitch as rzgar trbini kontrolr tarafndan

    hesaplanarak trbin as deimi ve anlk rettii gler ekil 4.7de verilmitir.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    53/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    54/60

    44

    4.4. Simlasyon Sonular

    PSCAD simlasyon programyla, rzgar trbininin deiken rzgar hzlarnda vermi

    olduu tepkiler incelenmitir. PSCAD programnn en byk avantaj zellikleri ve

    deiik konfigrasyonlar rahatlkla uygulanabilmesiydi. Bu programda kullanc

    kolaylkla rzgarn hzn deitirebilmekte ve lmler yapabilmektedir.

    Tablo 5.1. Rzgar Trbininin 25m/sye kadar rettii g ve pitch as.

    Rzgar Hz

    1 m/s

    G (kW)

    0

    Pitch As(0)

    0

    2 m/s 0 03 m/s 0 0

    4 m/s 0 0

    5 m/s 43 0

    6 m/s 167 0

    7 m/s 365 0

    8 m/s 635 0

    9 m/s 970 0

    10 m/s 1360 0

    11 m/s 1440 7.90

    12 m/s 1441 11.52

    13 m/s 1442 14.01

    14 m/s 1440 15.9815 m/s 1440 17.63

    16 m/s 1439 19.07

    17 m/s 1440 20.29

    18 m/s 1440 21.40

    19 m/s 1440 22.38

    20 m/s 1440 23.27

    21 m/s 1440 24.06

    22 m/s 1438 24.76

    23 m/s 1438 25.00

    24 m/s 1441 25.39

    25 m/s 1441 26.34

    ncelikle yaplan benzetimde, rzgar tribnnn 1m/s ile 25 m/s arasnda rettii

    gler incelenmitir Rzgar tribnnden deiik rzgar hzlarnda elde edilecek gler

    tablo 5.1de verilmitir. Rzgar hz 11m/sden sonra 1440 kW deerine ular. Rzgar

    hz 11 m/syeden arttka pitch as kontrolyle retilen g 1440 kW deerinde

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    55/60

    45

    tutulmaya allmaktadr. Pitch as arttrlarak rzgar alma alan azaltlr ve g

    istenilen deerde tutulur. Tribnn g retmesi iin gereken minimum rzgar hz

    yaklak olarak 5m/sdir.

    Sabit Rzgar Hzl Simlasyonda 15m/s rzgar hz iin balang asnn yava yava

    17.6 dereceye oturduu ekil 4.5de gzkmektedir. Grafiklerden 17.6lk pitch asnda

    1.42MW lk g retecei aikardr. Yaplan benzetimin grafiksel sonular ekil 4.5de

    sunulmutur.

    Deiken Rzgar Hzl Simlasyonda rzgar tribnn tahrik eden sistem normal olarak

    15m/s sabit hzla eserken rzgar hz 15. saniyede artmaya balam ve 22.5. saniyede17m/sye ykseltilmitir. Rzgar hz 17m/se ulatnda pitch as da artarak 19.1

    derece deerini almakta ve bu anda retilen g 1741 kWdr.

    Daha sonra 30. saniyede rzgar hz tekrar 15 m/sye ekilmi ve bu andaki pitch as

    19.81dir. lk andaki pitch as 17.62 dir. lk anda ve 30. saniyede rzgar hz 15m/s ye

    olmasna ramen pitch alarnn farkllndan dolay; 17.62 derece de 1440 kW, 19.81

    derecede ise 925 kW g retmektedir.

    37.5. saniyede yine rzgar hz 17 m/sye artrlmtr ve en son olarak 45. saniyede ilk

    hz olan 15 m/s hzna geri dndrlmtr. Pitch asnn deiimine gre retilen

    anlk gler deiik deerler almtr. 76. saniyede pitch as 15m/slik rzgar hz iin

    gerekli olan 17.6 dereceye oturmaya balam ve sabit g retmeye balamtr.

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    56/60

    46

    BLM 5. SONULAR

    Giderek artan enerji ihtiyacyla orantl olarak, yenilenebilir enerji kaynaklarnn

    kullanlmasnda da art sz konusudur. lkemizde de rzgar enerjisinin kullanm

    ynnde projeler hazrlanmakta ve hayata geirilmeye allmaktadr. Rzgar

    enerjisinin bu neminden yola klarak, rzgarn oluumundan, elektrik enerjisine

    dnmne kadar geirdii btn evreler simlasyonla da desteklenerek bu almada

    incelenmitir.

    nmzdeki 20 yl iinde elektrik enerjisi talebinin 19 trilyon kWh olmas

    beklenmektedir, Bu da Yllk % 2,6 byme hzna denk gelmektedir.

    Amerika Birleik devletleri dnyann en byk elektrik enerjisi tketici olmasna karn,

    enerji art bakmnda sadece %1,6 lk bir bymeye tekabl eder ki, bu da ortalama

    byme hz olan %2,6 nn olduka gerisindedir [17]. Dier yandan, gelien Asya

    lkelerinin en hzl byyen kullanclar olmas beklenmektedir. Elektrik enerjisi talebiarttka, kmr zellikle in ve Hindistan'da birinci dereceden enerji kayna olarak

    kalmaya devan edecektir. Nkleer enerji pay ise tepe noktasna ulam olup, nkleer

    enerji paynn dmesi beklenmektedir. Kmr, doal gaz, ve yenilebilir kaynaklarn

    nkleer enerjinin yerini almas beklenmektedir, Oysa yenilebilir kaynaklarn bu

    bymede en byk pay almas beklenmektedir. rnein, sve hkmeti lkenin

    elektrik enerjisi ihtiyacnn %50sini karlayan nkleer enerji santrallerini kapatacan

    aklad. Bu a telafi etmek iin, hkmet fosil olmayan enerji kaynaklar kullanmm

    desteklemeye balad. Dier endstrilemi lkelerde evre kirliliini azaltmak iin

    nlemler almaya balamlardr. Amerika evre koruma derneine gre, elektrik enerjisi

    endstrisi en byk evre kirleticidir[13]. Ve bu endstri lkedeki kirlenmeye yol aan

    S02nin %66, NOxin %29, C02 nin %36, ve civann %21inden sorumludur[17].

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    57/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    58/60

    48

    KAYNAKLAR

    [1] SORENSEN P, HANSEN A, CHRSTENSEN P, MERTZ M, BECH J,JENSEN B, NELSEN H, Simulation and Verification of Transient Events inLarge Wind Power Installations, Roskilde Danmark, 2003

    [2] DUBOIS M.R., BAUER P. , DE HAAN S.W.H, Wind Energy AND OffshoreWindparks: State Of The Arts And Trends, Delft University Of Technology.Delft Netherland, 2002

    [3] UYAR, T.S., Dnya Rzgar Enerjisinin Geliimi ve Trkiyede lk Admlar,Kaynak Elektrik Dergisi, Say 99, 1997

    [4] MEDICI, D. Experimental Studies of Wind Turbine Wakes Power Optimisationand Meandering, Technical Reports from KTH Mechanics , Stockholm, 2005

    [5] GELBER, H., Rzgar Trbinlerinin Datm ebekelerine Balanmas VeDinamik Simlasyonu, Yksek Lisans Tezi, S.A.. Fen Bilimleri Enstits,Sakarya, Mays 2003.

    [6] HEIER, S., Grid Integratin of Wind Energy Conversion Systems, John Wiley&Sons, 1997

    [7] KIRIM, S., Rzgar Enerjisi ve Uygulamalar, Yksek Lisans Tezi, .T. Fenbilimleri Enstits, stanbul 2002

    [8] AHLSROM, A., Simulating Dynamical Behaviour of Wind Power Structures,Royal Institute of Technology Department of Mechanics, Technical Reports,Stockholm Sweeden, 2002

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    59/60

  • 8/7/2019 rzgar tribnleri ile enerji retimi

    60/60

    50

    ZGEM

    1977 ylnda stanbulda doan MER ERGR, ilkokulu stanbulda bitirmitir.1995

    ylnda zel ener Lisesini bitirmi ve Sakarya niversitesi Elektrik Elektronik

    Mhendislii blmn kazanmtr. 1999 ylnda Sakarya niversitesi Elektrik

    Elektronik Mhendisliinden mezun olmutur. 2000 ylnda Sakarya niversitesi Fen

    Blmleri Enstits Elektronik Mhendislii Yksek Lisans Programna kaydolmutur.

    2003 ylnda Yeditepe niversitesi Sosyal Bilimler Enstits MBA (Master of Business

    Administration) programna balamtr.