Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez

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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



32

32



33

Documents

Ruzgar Ciftligi Tasarimi Tez