59
Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapıları Güç Elektroniği ve Kontrol Sistemleri İstanbul ,2013

Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

  • Upload
    others

  • View
    12

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapıları

Güç Elektroniği ve Kontrol Sistemleri

İstanbul ,2013

Page 2: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Ana Başlıklar

• Rüzgar Enerjisi sistemleri

• Ekonomik Boyut ve Pazarın Durumu

• Ülkemizdeki Potansiyel, Kurulu Santraller (RES)

• Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

• Milres Projesi

• Riskler ve Karşılaşılan Kazalar

• Taşıma ve Montaj

• Rüzgar Türbinlerinde Güç Elektroniği

• Referanslar

Page 3: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

zgar

En

erj

isi s

iste

mle

ri

Yenilenebilir enerji kaynakları içinde maliye geri dönüş ve uygulama kolaylığı bakımından en avantajlı olanı rüzgar enerjisi sistemleridir. Enerji Geri Dönüşü (EROI – Energy Return On Investment) ölçütüne göre diğer kaynaklardan daha avantajlıdır EWEA (European Wind Energy Association) 2020 yılında Avrupa’daki enerji ihtiyacının %20 sinin yenilenebilir kaynaklardan karşılanmasını öngörmektedir

Rüzgar Enerjisi sistemleri

Page 4: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Enerjisi sistemleri R

üzg

ar E

ne

rjis

i sis

tem

leri

Darius tipi türbin

Elektrik üretim amaçlı olmayan rüzgar enerjisi sistemleri

Günümüzde kullanılan 3 kanatlı RüzgarTürbini

Drag tipi türbin

Page 5: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Enerjisi sistemleri

Rüzgarın hangi hızda eseceğine ilişkin Weibull Formülü

zgar

En

erj

isi s

iste

mle

ri

Page 6: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Enerjisi sistemleri

Rüzgar Türbinleri için öngörülen güç hesabı

zgar

En

erj

isi s

iste

mle

ri

Üretilen Güç Verim ve Kapasite Formülleri

Page 7: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Ekonomik Boyut ve Pazarın Durumu

2009 itibariyle Avrupa’da kurulu rüzgar enerjisi santralleri

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Page 8: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Ekonomik Boyut ve Pazarın Durumu Ek

on

om

ik B

oyu

t ve

Paz

arın

Du

rum

u

Türkiye Rüzgar Enerjisi Sektörü

EPDK ’ya yapılan toplam kapasite başvurusu 78 GW

Kesinleşmiş Toplam (kurulu, inşa halinde, sözleşme imza vs) 2 GW

Bakanlık Strateji Belgesi - 10 Yıl içinde planlanan kapasite 20 GW

20-30 Yıl içinde tahmini kurulu kapasite 40 GW

Mali Boyut ( 1.5 Milyon USD/MW RES Piyasa Bedeli ile):

Kesinleşmiş Toplam (2 GW için) 3 Milyar USD

10 Yıllık Toplam (20 GW için) 30 Milyar USD

20-30 Yıl Toplam (40 GW için) 60 Milyar USD

Page 9: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Global Üreticilerin Pazar Payları

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Ekonomik Boyut ve Pazarın Durumu

Page 10: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Global Üreticilerin Pazar Payları ve genel Türbin Özellikleri

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Ekonomik Boyut ve Pazarın Durumu

MARKAPAZAR

PAYI (%)MODEL BESLEME

GÜÇ

(kW)ÇAP (m)

UÇ HIZI

(m/s)

GÜÇ

İLETİMİ

Vestas 22.8 V90 Dişli Kutulu 3000 90 87 Asenkron

GE Energy 16.6 2.5XL Dişli Kutulu 2500 100 86 PMG

Gamesa 15.4 G90 Dişli Kutulu 2000 90 90 DFIG

Enercon 14 E82 Direkt 2000 82 84 Senkron

Suzlon 10.5 S88 Dişli Kutulu 2100 88 71 Asenkron

Siemens 7.1 3.6 SWT Dişli Kutulu 3600 107 73 Asenkron

Acciona 4.4 AW-119/3000 Dişli Kutulu 3000 116 74.7 DFIG

Goldwind 4.2 REpower750 Dişli Kutulu 750 48 58 Endüksiyon

Nordex 3.4 N100 Dişli Kutulu 2500 99.8 78 DFIG

Sinovel 3.4 1500 (Windtec) Dişli Kutulu 1500 70  Asenkron

Page 11: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Ülk

em

izd

eki P

ota

nsi

yel,

Ku

rulu

San

tral

ler

(RES

) Ülkemizdeki Potansiyel, Kurulu Santraller (RES)

Page 12: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Ülk

em

izd

eki P

ota

nsi

yel,

Ku

rulu

San

tral

ler

(RES

) Ülkemizdeki Potansiyel, Kurulu Santraller (RES)

İlk Kurulan Türbinler 1 . 1998 yılında Demirer Holding tarafından Çeşme’de yapılmıştır. 1.5 MW’lık kurulu gücü ve % 35’lik kapasite faktörü ile yılda 4.5 milyon kWh 2. Alaçatı’da ARES santrali, 12 adet 600 kW’lık toplam 7.2 MW kurulu güç Yılda yaklaşık 22 milyon kWh elektrik üretilmektedir. 3. Çanakkale Bozcaada’da (2000)17 adet 600 kW’lık toplam 10.2 MW kurulu güc Yılda yaklaşık 35.5 milyon kWh elektrik üretilmektedir.

2008 yılı sonu itibariyle 433.35 MW rüzgâr santrali şebekeye bağlanmış, 402 MW rüzgâr santrali de inşa halindedir. EPDK’dan lisans almış olan 667 MW’lık rüzgâr santrali projesinin de türbin tedarik sözleşmeleri imzalanmıştır EPDK’ya 71,028 MW’lık lisans başvurusu yapılmıştır (Türkiyenin 2010 itibariyle toplam kurulu gücü 45,000 MW )

Page 13: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Kanatlar

Temel ve kule inşaatı

Nacelle – Beşik – Makine kutusu

Hub

Generatör

Dişli kutusu

Güç elektroniği

Yaw ve Pitch (Gövde ve Kanat Açısı) kontrolü

Rüzgar ve çevre şartları ölçüm sistemleri

Şebeke bağlantısı ve şalt alanı

İzleme ve yönetim sistemi - SCADA

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 14: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı R

üzg

ar T

ürb

inle

rin

in G

en

el Y

apıs

ı

Kanat

Kanat Yönlendirme

Hub Ana Yataklar

Fren

Jeneratör Soğutma

Rüzgar Hız ve Yön Ölçümü

Jeneratör

Nasel Yatağı Yunuslama Sistemi

Dişli Kutusu

Kule

Page 15: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Kanatlar

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 16: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Temel ve kule inşaatı

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 17: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı R

üzg

ar T

ürb

inle

rin

in G

en

el Y

apıs

ı

Nacelle – Beşik – Makine kutusu

Page 18: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Hub

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 19: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Generatör

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 20: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Dişli Kutusu

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 21: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Güç Elektroniği

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 22: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Güç Elektroniği

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Turbine Main

Control Panel

MV SWGR

LOTO

for Tower

Power Distribution Panel Frequency ConverterMain TransformerMV Switchgear

Line Fuse

Trip Coil (UPS)

Line Fuse

Line Fuse

Line Fuse

Generator Breakers

Motor

Operated

UptowerTower

Cables

Converter Master

Control

UV Release (UPS), Close, Open

DC Bus

Charge

CKT

Thread 1

Line

ConverterCommon Mode

Inductor

Generator

Fuse

DC

Capacitor

Brake

ChopperLine

Inductor

Generator

Converter Generator

Inductor

Thread 2

Line

ConverterCommon Mode

Inductor

Generator

Fuse

DC

Capacitor

Brake

ChopperLine

Inductor

Generator

Converter Generator

Inductor

Thread 3

Line

ConverterCommon Mode

Inductor

Generator

Fuse

DC

Capacitor

Brake

ChopperLine

Inductor

Generator

Converter Generator

Inductor

Thread 4

Line

ConverterCommon Mode

Inductor

Generator

Fuse

DC

Capacitor

Brake

ChopperLine

Inductor

Generator

Converter Generator

Inductor

Tachometer (Encoder)

PMG

T

3000:13000:5

Motor

Operated

Auxiliary

Load

Distribution

Power

DC Bus Charge, Distortion Filter, Over Temp

Breaker: UV Release, Close, Charge

Main Status, Trip Status, Ready to Close

UPS (Power)

Switchgear Trip

Trip Status

PEN

3000:1

CAN Bus

Power

CT's

Distortion Filter

TVSS

PowerContro

l

UPS

Protective

Relay

Page 23: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Yaw ve Pitch (Gövde ve Kanat Açısı) kontrolü

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 24: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Yaw ve Pitch (Gövde ve Kanat Açısı) kontrolü

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 25: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Rüzgar ve çevre şartları ölçüm sistemleri

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 26: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

Şebeke bağlantısı ve şalt alanı

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 27: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Rüzgar Türbinlerinin Genel Yapısı

İzleme ve yönetim sistemi - SCADA

zgar

rbin

leri

nin

Ge

ne

l Yap

ısı

Page 28: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

• Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Tarafından 2008 yılı sonlarında YENSAN proje grubu oluşturuldu.

• Üniversiteler ve Sanayi Firmalarının Katılımıyla 2009 da

2 adet 500KW ve 1 adet 2,5MW

rüzgar türbini tasarımı ve üretimi ile ilgili olarak KAMAG – 1007 proje başvurusunda bulunuldu.

• Şubat 2010 da proje revize edildi.

• Proje ortakları :

Sabancı Üniversitesi

TAI – TUSAŞ

İstanbul Ulaşım AŞ.

Tübitak MAM Enerji Enstitüsü

İTÜ

Milr

es

Pro

jesi

Milres Projesi

Page 29: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Milr

es

Pro

jesi

Milres Projesi

Proje Kapsamında ilk 2 yıl içinde 2 adet 500KW rüzgar türbini üretilecek • Bir türbin Çelik Kule üzerinde PMSG ile • İkinci türbin Beton Gerilmeli Kule üzerinde DFIG ile

500KW türbinlerin bitirilmesi ve devreye alınmasından sonra bir değerlendirme toplantısı yapılacaktır. Burada gerekmesi durumunda seçilen teknolojide bir değişiklik ve projede bir revizyona gidilecektir. Daha sonra da 2,5MW lık bir adet türbinin tasarım ve imalatı gerçekleştirilecek ve proje 4 yıl içinde tamamlanacaktır. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tüm lisans ve üretim hakları Tübitak’ın olacak bu projeyle Türkiye’de ihale ile türbinlerin yerli üretimini sağlayacaktır.

Page 30: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

• Proje süresi 4 yıl

• 134 araştırmacı görev yapacaktır

• Proje Süresinde 24 Y.Lisans ve Doktora öğrencisi bursiyer görev alacaktır

• Projenin Bütçesi 53Milyon TL dir.

• Proje sonunda üretilecek prototiplerin değeri 6Milyon TL

• Türbin Üretimi emek yoğun bir sektördür. Almanya’da ortalama megawatt başına 12 kişi istihdam edilmektedir

• Yerli yan sanayi ve sektörde yetişmiş insan kaynağı ihtiyacı karşılacaktır

Milr

es

Pro

jesi

Milres Projesi

Page 31: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

• Üretilecek 2,5MW rüzgar türbininin hedeflenen teknik özellikleri •Nominal Güç >2500KW

•Devreye Girme (Cut -in) 3m/s

•Devreden Çıkma(Cut-Out) 22m/s

•Nominal Güce ulaşma 12m/s

•Generator Teknolojisi 8 kutuplu sabit mıknatıslı Senkron Generatör

•Gen. Gerilimi/Frekansı 690V / 110Hz

•Generator Devir Aralığı 500 – 1850 rpm (Nom:1650 , Max:2200 rpm)

•Generator Soğutma Isı Eşanjörü kullanılarak hava soğutmalı

•Güç Elektroniği Soğutma Sıvı Soğutmalı

•Dişli Kutusu Çevirme Oranı 1: 110 (100-120 arasında)

•Kanat Uzunluğu 48 - 50 m

•Her bir Kanadın Ağırlığı 2 Ton

•Kule Yüksekliği 85m

•Nacelle Ağırlığı 35

•Sensörler Rüzgar Hızı, Rüzgar Yönü, Sıcaklık, Basınç, Yağmur

Milr

es

Pro

jesi

Milres Projesi

Page 32: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Milr

es

Pro

jesi

Milres Projesi

N90: Temel hariç 374t / Toplam 1.160t A380: Uzunluk 79,8m / boş 290t / max. 560t

Proje sonunda üretilmesi planlanan türbinin boyutları 2.5 MW’lık NORDEX N90 ile AIRBUS A380 KIYASLAMASI

Page 33: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Milr

es

Pro

jesi

Milres Projesi

137 m

Dominant Rüzgar Yönü

41 29 13 N 27 19 09 E

140 m

90 m

110 m

Prototip Test Sahası HEAŞ, Hamitabat, Lüleburgaz

Page 34: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Milr

es

Pro

jesi

Riskler ve Karşılaşılan Kazalar

Gamesa G87 2.0 MW kanadı koparak

200 metre fırlamış

Suzlon S88 Lake Wilson, 2006

Page 35: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Milr

es

Pro

jesi

Goldenstedt, Almanya, 2002. 70 metre türbin aşırı rüzgardan devrilme

Solano County Community 2008

Sunderland Echo 2007

Uelzen, Lower Saxony, Germany

Riskler ve Karşılaşılan Kazalar

Page 36: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Taşıma ve Montaj

Page 37: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Rüzgar Türbinlerinde Güç Elektroniği

Page 38: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Rüzgar Türbinlerinde Güç Elektroniği

Page 39: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği test düzeneği

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Sabit Akılı

DA Motoru

Sabit Mıknatıslı

Senkron

Generator

DA Sürücü

E

Doğrultucu

Çift yönlü

DA-DA

çeviriciAkü

grubu

Evirici

Güç

Trafosu

Enerji

Hattına

Lokal

YÜK

Seri End.

DİJİTAL KONTROLÖR

Rüzgar Türbinlerinde Güç Elektroniği

Page 40: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Nacelle ve Kanat açısı kontrolü

Eko

no

mik

Bo

yut

ve P

azar

ın D

uru

mu

Değişik sabit kanat açıları ve sabit rotor iken rotor hızında

gücünün değişimi

Rotor güç katsayısının yaw açısıyla azalma eğrisi

Rüzgar Türbinlerinde Kontrol

Page 41: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Referanslar

• http://www.www.eoearth.org - Energy return on investment (EROI) for wind energy

•http://www.ewea.org/

•http://repa.eie.gov.tr/

•http://www.windaction.org/

•http://www.nordex-online.com/en/

•Power Electronics for Wind Turbines, Dejan Schreiber

•Basic Operation Principles and Electrical Conversion Systems of Wind Turbines , Henk Polinder, Sjoerd W.H. de Haan

•Conceptual survey of Generators and Power Electronics for Wind Turbines, L. H. Hansen, L. Helle, F. Blaabjerg, E. Ritchie

•Power Electronics for Modern Wind Turbines, Frede Blaabjerg , Zhe Chen

Ref

era

nsl

ar

Page 42: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Proje Sürecinde Yapılan Çalışmalar

Pro

je S

üre

ci

Page 43: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Proje Kapsamında Yapılan Çalışmalar

Genel Bilgiler:

Proje Başlangıç Tarihi : 01.07.2011

Toplam Bütçe : 11.323.858TL

Projedeki Araştırmacı Sayısı : 85 personel + 23 Bursiyer

Proje Hedefi :

• 1. Aşama 500KW rüzgar türbini tasarımı ve prototip türbin üretimi

• 2. Aşama 2.5MW türbin tasarımı ve üretimi

Müşteri Kurum :Enerji veTabii Kaynaklar Bakanlığı

Destek : Tübitak KAMAG tarafından %100 destekleniyor.

Proje Ortakları: Sabancı Üniversitesi, TAI , İstanbul Ulaşım, Tübitak MAM Enerji Ensitüsü, İTÜ

Pro

je S

üre

ci

Page 44: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Mekanik Tasarım

Hub Tasarımı Yaw Dişlisi Tasarımı

Pro

je S

üre

ci

Page 45: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Mekanik Tasarım

Hub Tasarımı Yaw Dişlisi Tasarımı

1. Ana Şaft

2. Rulman ve yatağı

3. Demontaj askısı

4. Sıkma bileziği

5. Hızlı dönen şaft

6. Kaplin

Pro

je S

üre

ci

Page 46: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Mekanik Tasarım

Şafta gelen yükler Fren Diski Tasarımı

Pro

je S

üre

ci

Page 47: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Kanat Tasarımı

Kanat genel bilgileri

Pro

je S

üre

ci

Page 48: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Kanat Tasarımı

Yıldırım Koruma İletkeni

Kanat Yapısı

Kanat Uzunluğu 21,5 m

Azami Veter Uzunluğu 2,0 m

Asgari Veter Uzunluğu 0,4 m

Kanat Kökü Çapı 1215 mm

Saplama Ekseni Çapı 1145 mm

Saplama Ölçüsü / Sayısı M24 x 36

Toplam Kanat Yüzey Alanı 65,6 m²

Tarama Alanı 1590 m²

Toplam Kanat Burulma Açısı 20°

Kanat ağırlığı 1950 kg

Kanat boya kodu RAL 7035

Pro

je S

üre

ci

Page 49: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Kanat Tasarımı

Ref

era

nsl

ar

650 kW

11.5 m/s

30 rpm

22 rpm 16 rpm

Page 50: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Kanat Tasarımı

Pro

je S

üre

ci

Page 51: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği

Güç Katı Tasarımı

Pro

je S

üre

ci

Page 52: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği

Isıl Analizler

Pro

je S

üre

ci

Page 53: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği – Güç Katı Tasarımı P

roje

reci

Page 54: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği – Test Düzeneği

MMMM

75 KW Asenkron Motor

50 KWDFIG

380V AC Şebeke50 Hz

380/690 V 100KW

Transformatör

Şebeke Tarafı Çevirici

Rotor Tarafı Çevirici

Moment Ölçümü

Hız Ölçümü

Senkronizasyon Gerilim Ölçümü

Gerilim ve Akım Ölçümü

DC Gerilim ve akım Ölçümü

Anahtarlama İşaretleri

Senkronizasyon Kontaktör Kapama İşareti

110kWSIEMENS

SIMOVERT DC-AC İNVERTER

Gerilim ve Akım Ölçümü

Anahtarlama İşaretleriMoment

Ölçer

Hız Ölçer

750V DC Bara

Moment Referansı

HIL Kontrolör

Pro

je S

üre

ci

Page 55: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği – Konvertör Kontrol Algoritmaları

Şebeke tarafı çevirici için kontrol şeması

Rotor tarafı çevirici için kontrol şeması

Pro

je S

üre

ci

Page 56: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği – Konvertör Kontrol Algoritmaları

Matlab ortamında hazırlanmış simülasyon şeması

AC-DC-AC ConverterAverage Model

Wound-RotorInduction Generator

Idqr

W_slip

r_angle_transform

Wm_rotor

Q_ref

Vdqs

Idqs

flux

Uctrl_grid_conv

rotor-side

Discrete,Ts = 1e-005 s.

abc

sin_cos

dq0

abc_to_dq1

abc

sin_cos

dq0

abc_to_dq0 1

abc

sin_cos

dq0

abc_to_dq0

abc

sin_cos

dq0

abc_to_dq0

abc

sin_cos

dq0

abc_to_dq0

v+-

Voltage Measurement

A

B

C

a

b

c

Vnom_r/VnomZ=0%

g

A

B

C

+

-

Universal Bridge2

g

A

B

C

+

-

Universal Bridge1

z

1

Unit Delay1

z

1

Unit Delay

cos

sin

cos

sin

2000

s+2000

Transfer Fcn6

2000

s+2000

Transfer Fcn5

2000

s+2000

Transfer Fcn4

2000

s+2000

Transfer Fcn3

2000

s+2000

Transfer Fcn2

2000

s+2000

Transfer Fcn1

A

B

C

Three-Phase Source

Signal 1Group 1

Signal Builder2

Scope9

Scope8

Scope7

Scope6

Scope5

Scope4

Scope3

Scope24

Scope23

Scope22 Scope21

Scope20

Scope2

Scope19Scope18

Scope17

Scope16

Scope15

Scope14

Scope13

Scope12

Scope11

Scope10

Scope1

-K-

RPM1

-K-

RPM

Signal(s) Pulses

PWM Generator1

Signal(s) Pulses

PWM Generator

In1

Out1

Out2

Out3

PLL

mod

Iq_ref

Idq_gc

W_grid

Vdqs

Vdc

Theta_grid_mod

Uctrl_grid_conv

Grid-side

[Vdqs]

[Iabc_grid_conv]

[Vabc_B1]

[Idqr]

[Thetam_rotor]

[Wm_rotor]

[Iabc_stator]

[sin_cos]

[Theta_grid_mod]

[W_grid]

[VdqsFO]

[IdqsFO]

[sin_cosFO]

[flux_s]

[Pulses_rotor_conv]

[VDC]

[W_slip]

[VgridcF]

[VrotF]

[Vrotor]

[r_angle_transform]

[Vabc_grid_conv]

[Iabc_rotor]

[Idqs]

[Idq_gc]

[Pulses_grid_conv]

1

Gain3

-K-

Gain1

[sin_cos]

[sin_cos]

[sin_cos]

[Vdqs]

[Vabc_B1]

-T-

[VgridcF] -T-

Iabcrot

[VDC]

[VrotF]

-T-

[Vabc_B1]

Iabc_B1

[Vabc_B1]

[Vrotor]

[Theta_grid_mod]

[Vabc_B1]

[sin_cosFO]

[sin_cosFO]

[Theta_grid_mod]

[Vabc_B1]

[Iabc_stator]

[Idqr]

[W_slip]

[r_angle_transform]

[VdqsFO]

[Wm_rotor]

[Wm_rotor]

[IdqsFO]

[r_angle_transform]

[Theta_grid_mod]

[W_grid]

[Wm_rotor]

[Pulses_rotor_conv]

[Idq_gc]

[Thetam_rotor]

[Iabc_rotor]

[W_grid]

[Pulses_grid_conv][Iabc_stator]

[Iabc_grid_conv]

[flux_s]

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

Demux

-pi/2

-pi/22*pi

0

0

A B C

A B C

Choke

C1Vabc

A

B

C

a

b

c

B_grid_conv2

Vabc

Iabc

A

B

C

a

b

c

B_grid_conv

VabcA

B

C

a

b

c

B1

m

A

B

C

a

b

c

Tm

Asynchronous MachineSI Units

Vabc

IabcPQ

3-phase Instantaneous

Active & Reactive Power3

Vabc

IabcPQ

3-phase Instantaneous

Active & Reactive Power2

Vabc

IabcPQ

3-phase Instantaneous

Active & Reactive Power1

Vabc

IabcPQ

3-phase Instantaneous

Active & Reactive Power

4

# pairs ofpoles1

4

# pairs ofpoles

abc

sin_cos

dq0

abc_to_dq0

<Rotor speed (wm)><Rotor speed (wm)>

<Rotor current ir_a (A)><Rotor current ir_a (A)>

<Rotor current ir_b (A)><Rotor current ir_b (A)>

<Rotor current ir_c (A)><Rotor current ir_c (A)>

<Electromagnetic torque Te (N*m)><Electromagnetic torque Te (N*m)>

<Stator current is_a (A)>

<Stator current is_b (A)>

<Stator current is_c (A)><Stator current is_c (A)>

<Rotor angle thetam (rad)><Rotor angle thetam (rad)>

<Rotor flux phir_q (V s)><Rotor flux phir_q (V s)>

<Rotor flux phir_d (V s)><Rotor flux phir_d (V s)>

<Rotor voltage Vr_q (V)><Rotor voltage Vr_q (V)>

<Rotor voltage Vr_d (V)><Rotor voltage Vr_d (V)>

<Stator flux phis_q (V s)><Stator flux phis_q (V s)>

<Stator flux phis_d (V s)>

Pro

je S

üre

ci

Page 57: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Güç Elektroniği – Elektronik Kartlar

Besleme Kartı Yüksek Gerilim Ölçme Kartı

İzole Besleme Kartı IGBT Sürücü Kartı

Pro

je S

üre

ci

Page 58: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

Montaj Alanı

İSKİ-Terkos Pompa İstasyonu Saha Yerleşim Planı

Pro

je S

üre

ci

Page 59: Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin Yapısıeski.emhk.itu.edu.tr/\img\emhk\datafiles/Yüksek Güçlü Rüzgar Türbinlerinin... · Bir Rüzgar Türbini şu ana bölümden oluşmaktadır

MİLRES

Teşekkürler… 01.03.2013