T.C DOKUZ EYLÜL ÜNĐVERSĐTESĐ MÜHENDĐSLĐK FAKÜLTESĐ MAKĐNA MÜHENDĐSLĐĞĐ BÖLÜMÜ
RÜZGAR ENERJĐSĐ
BĐTĐRME PROJESĐ
Mehmet SÜLÜN 2002485045
Projeyi Yöneten Prof. Dr. Đsmail H. TAVMAN
Haziran,2007 ĐZMĐR
TEZ SINAV SONUÇ FORMU Bu çalışma … / … / …. günü toplanan jürimiz tarafından BĐTĐRME PROJESĐ olarak kabul edilmiştir. Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ……… ( …………….…. ) dir.
Başkan
Üye
Üye
Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına, ………………….. numaralı ………………… jürimiz tarafından … / … / …. günü saat …… da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden ……. almıştır.
Başkan
Üye
Üye
ONAY
2
TEŞEKKÜR
Bu projeye beni uygun gören ve destekleyen Sayın hocam Prof. Dr. Đ.Hakkı TAVMAN ‘a içtenlikle teşekkür ederim.
Ayrıca projenin her adımında bana destek olan aileme, arkadaşlarıma teşekkürlerimi sunarım.
Mehmet SÜLÜN
3
ÖZET
Günümüzde dünyamızın bulunduğu enerji dar boğazında, yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç artmaktadır ve bu yeni ve temiz enerjilerden olan rüzgar enerjisine olan ilgi ve yatırımlarda gün geçtikçe önem kazanmaktadır.
Bu çalışmada rüzgar enerjisinin gelişimi, Türkiye’de ve dünyada kulanımı ve bir rüzgar türbininin çalışma prensibi incelenmiştir.
4
ĐÇĐNDEKĐLER
Sayfa No Đçindekiler...........................................................................................................5 Şekil Listesi.........................................................................................................8 Tablo Listesi........................................................................................................9
Bölüm Bir Giriş 1.1. Rüzgar Enerjisinin Tarihçesi..........................................................................10 1.2. Rüzgar Enerjisinin Özellikleri.......................................................................12 1.3. Rüzgar Enerjisinin Diğer Enerji Kaynaklarıyla Karşılaştırılması.................13 1.3.1. Maliyet.......................................................................................... ......13 1.3.2. Emisyon Değerleri............................................................................ ..14 1.4. Rüzgar Hızının Sınıflandırılması...................................................................14
Bölüm Đki
Dünya’da ve Türkiye’de Rüzgar Enerjisinin Durumu
2.1. Dünya’daki Durumu.....................................................................................15 2.2. Türkiye’deki Durumu...................................................................................19 2.2.1. Türkiye Rüzgar Hızı ve Potansiyeli Dağılım Haritaları......................22 2.2.2. Türkiye’deki Rüzgar Santralleri..........................................................23 2.2.3. Türkiye’de Rüzgar Ölçümlerine Đlişkin Tebliğ...................................24 2.2.4. Türkiye’de Kapatılan ve Çalışan Đstasyonlarının Ölçüm Verileri.......28 2.2.5. Türkiye’de Kapatılan ve Çalışan Đstasyonlarının Yerleri.....................32 2.2.6. Türkiye’de Rüzgar Enerjisi Đçin Mümkün Hedefler............................40
5
Bölüm Üç
Rüzgar Türbinleri ve Generatörleri Sayfa No 3.1. Rüzgar Türbinleri ve Sınıflandırılması.........................................................41 3.1.1. Eksen Yapısına Göre Rüzgar Türbinleri...............................................42 3.1.1.1. Yatay Eksenli Türbinler..................................................................42 3.1.1.2. Düşey Eksenli Türbinler.................................................................42 3.1.1.3. Eğik Eksenli Türbinler....................................................................42 3.1.2. Pervane Kanat Sayısına Göre Rüzgar Türbinleri..................................42 3.1.2.1. Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri........................................................43 3.1.2.2. Đki Kanatlı Rüzgar Türbinleri........................................................43 3.1.2.3. Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri........................................................43 3.2. Rüzgar Türbini Elemanları...........................................................................44 3.2.1. Rotor Kanatları....................................................................................45 3.2.2. Yaw mekanizması...............................................................................45 3.2.3. Kule.....................................................................................................45 3.3. Rüzgar Türbini Genaratörleri.......................................................................46 3.3.1. Gerilim Üretme....................................................................................46 3.3.2. Soğutma Sistemi..................................................................................46 3.3.3. Generatörü Başlatma ve Durdurma.....................................................47 3.3.4. Generatör Seçimi ve Şebeke Bağlantısı...............................................47 3.4. Rüzgar Gücünden Elektriksel Güç Elde Etmede Kullanılan Dönüşüm Sistemleri ve Kontrol Teknikleri.........................................................................48 3.4.1. Sabit Hız Sabit Frekans Dönüşüm Sistemleri (SHSF)........................48 3.4.2. Değişken Hız Sabit Frekans Dönüşüm Sistemleri (DHSF)................49 3.4.2.1. Değişik Frekansta Alternatif Akım Üretme..................................49 3.4.2.2 DC Akıma Dönüştürme.................................................................50 3.4.2.3. Sabit Frekanslı Alternatif Akıma Dönüştürme.............................50 3.4.2.4 Alternatif Akımın Filtre Edilmesi..................................................50 3.4.3 Değişken Hız Değişken Frekans Dönüşüm Sistemle...........................52
6
Bölüm Dört
Rüzgar Oluşumu ve Rüzgar Enerjisi Metodolojisi 4.1.Giriş...............................................................................................................53 4.2. Rüzgar Potansiyelinin Belirlenmsi...............................................................53 4.3. Rüzgar Oluşumuna Etki Eden Kuvvetler.....................................................55 4.4. Rüzgar Enerjisi Metodolojisi.......................................................................56 Sonuç...................................................................................................................57 Kaynaklar............................................................................................................58
7
TABLO LĐSTESĐ
Sayfa No Tablo 1.1. Maliyet değerleri...................................................................................13 Tablo 1.2. Küresel ısınmaya yolaçan karbondioksit için elektirk üretimi sırasında karşılaştırılamalı emisyonlar..................................................................................13 Tablo 1.3. Asit yağmuruna yolaçan kükürtdioksit için elektirk üretimi sırasında karşılaştırılamalı emisyonlar..................................................................................14 Tablo 1.4. Asit yağmuruna ve duman oluşumuna yolaçan azotoksitler için elektirk üretimi sırasında karşılaştırılamalı emisyonlar.......................................................14 Tablo 1.5. Rüzgar Ölçeği........................................................................................14 Tablo 2.1. Ülkeler bazında rüzgar türbini yatırımlarları.........................................18 Tablo 2.2. Avrupa ülkelerinde rüzgar enerjisi potansiyeli......................................19 Tablo 2.3 Türkiye’deki rüzgar santralleri...............................................................24 Tablo 2.4. 30 m ‘lik ölçüm direğinde ölçülen parametreler ve ölçüm yükseklikleri...........................................................................................................27 Tablo 2.5. Çalışan bazı ölçüm istasyonların yıllara göre rüzgar hız verileri..........28 Tablo 2.6. Kapatılan bazı istasyonların yıllara göre rüzgar hız verileri.................29 Tablo 2.7. Türkiye ‘nin bölgeleri için oluşturulan rüzgar hızı ve enerji yoğunluğu değerleri..................................................................................................................31 Tablo 2.8.Türkiye’de yıllara göre rüzgar gücü hedefleri.......................................40 Tablo 2.9. Türkiye rüzgar endüstri tarafından yaratılacak iş sayısı.......................40 Tablo 3.1. Generatör seçiminde şebeke bağlantısı.................................................47
8
ŞEKĐL LĐSTESĐ Sayfa No Şekil 1.1 Smith-Putnam Rüzgar Türbini..................................................................11 Şekil 1.2. Gedser Türbini..........................................................................................11 Şekil 2.1. Dünyanın teknik rüzgar potansiyel dağılımı ........................................... 16 Şekil 2.2. Dünya rüzgar enerjisi kurulu güç hedefi .................................................. 17 Şekil 2.3. Rüzgar hızı dağılım haritası...................................................................... 21 Şekil 2.4. Rüzgar potansiyeli dağılım haritası .......................................................... 22 Şekil 2.5. Kırklareli ve Muratlı’deki istasyonlar ...................................................... 32 Şekil 2.6. Çanakkale’deki istasyonlar....................................................................... 32 Şekil 2.7. Bursa’daki istasyonlar .............................................................................. 33 Şekil 2.8. Sinop’taki istasyon ................................................................................... 33 Şekil 2.9. Đzmir’deki istasyonlar ............................................................................... 34 Şekil 2.10. Muğla’daki istasyonlar ........................................................................... 34 Şekil 2.11. Konya’daki istasyonlar ........................................................................... 35 Şekil 2.12. Đskenderun’daki istasyonlar .................................................................... 35 Şekil 2.13. Kayseri’deki istasyon ............................................................................. 36 Şekil 2.14. Adıyaman’daki istasyonlar ..................................................................... 36 Şekil 2.15. Siirt ve Batman’daki istasyonlar............................................................. 37 Şekil 2.16. Van istasyon ........................................................................................... 37 Şekil 2.17. Kütahya’daki istasyon ............................................................................ 38 Şekil 2.18. Biga’daki istasyon .................................................................................. 38 Şekil 2.19. Erzincan’daki istasyonlar ....................................................................... 39 Şekil 2.20. Gebze’deki istasyon................................................................................ 39 Şekil 3.1 Bir rüzgar türbininin elemanları ................................................................ 44 Şekil 3.2 Tüp kule
........................................................................... 46
Şekil 3.3 Kafes yapılı kule.......................................................................................46 Şekil 3.4 Dire kkule..................................................................................................46 Şekil 4.1 Weibull ve Rayleigh modellerindeki hata yüzdeleri ................................. 54 Şekil 4.2 Weibull şekil katsayısının hız dağılımına etkisi ........................................ 54
9
BÖLÜM BĐR
GĐRĐŞ
1.1. Rüzgar Enerjisinin Tarihçesi
Rüzgar
enerjisinin
kullanımı
çok
eskilere
dayanmaktadır.
Đlk
olarak,
Asya
Medeniyetlerinden Çin, Tibet, Afganistan ve Đran’da kullanıldığı bilinmektedir. Rüzgar Tribünlerinin (RT) kullanımına ait ilk yazılı bilgiler Büyük Đskender tarafından M.Ö. 200300 yıllarında basit yapıdaki yatay-eksenli rüzgar türbinler hakkındadır.
Düşey eksenli ilk rüzgar türbinleri, M.Ö.500-900 yıllarında Farslılar tarafından dizayn edilip, buğday öğütme ve su pompalama amaçlı kullanılmıştır. Bu rüzgar türbinleriler merkezi düşey bir şafta bağlı,ağaç ve kamış dallarından yapılan düşey yelkenlerden oluşmuş bir yapıya sahiptir.
Rüzgar gücü kullanımı, Asya’dan Avrupa’ya 10.yüzyıl civarında geçmiştir. Bu geçişin ilk belirtileri olarak 11. ve 12.yüzyılda Đngiltere de rüzgar değirmenlerinin kullanıldığı bilinmektedir. Mesela, 1190‘lı yıllarda Alman haçlıları rüzgar değirmenlerini Suriye’ye getirmiştir. Dolayısıyla Orta çağ döneminde rüzgar enerjisinin Avrupa da kullanıldığını görmekteyiz. Hala günümüzde birçok ülkede çiftçiler tarafından kullanılan rüzgar değirmenleri daha çok kuyulardan su çekmek amaçlı kullanılmaktadır.
Endüstri devrimi ile birlikte, 18.yüzyılda buhar makinelerinin ortaya çıkması sonucunda dünya,enerji ihtiyacı temini için termodinamik işlemlere dayanan makinelerden yararlanmaya başlamıştır. Özellikle kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtların kullanımı ile beraber , bu makineler daha avantajlı bir duruma gelmiştir.
Đstenildiği anda enerji üretimi olanağı sağlamasından dolayı, rüzgar enerjisinden daha popüler hale gelmişlerdir. Bu nedenle 19.yüzyılda ve 20.yüzyılın ortalarına doğru rüzgar enerjisinin önemi azalmıştır. Sadece, Amerika, Rusya ve Avustralya gibi nüfusu geniş bir alana yayılmış olan ülkelerde rüzgar enerjisi çiftçiler tarafından su çekmek için kullanılmıştır.
10
1981 yılında Paul la Cour ve Danimarka Askov Folk High School bilim adamlarının oluşturduğu bir grup rüzgardan elektrik enerjisi üreten ilk tribünü yaptılar. Danimarka hükümetinin desteğiyle
de test amaçlı bir rüzgar santrali kurdular[1].1918 yılına
gelindiğinde Danimarka’da rüzgardan elektrik enerjisi üretmek amacıyla kurulan 120 adet RT bulunmaktaydı. Güçleri 20-30 KW arasında değişen bu RT ‘lerin toplu güçleri 3 MW civarındaydı.
Đkinci Dünya Savaşı yıllarında rüzgar enerjisinde büyük gelişmeler oldu. Danimarkalı bir şirket olan F.L Smith 2 ve 3 kanatlı rüzgar tribünleri inşa etmiştir. Bunların en büyüğü 1941 yılında Vermont‘ da inşa edilen 1.25 megawatt Smith-Putnam makinesidir(Şekil 1.1). Yatay eksenli, 2 kanatlı ve 175-foot rotor çapına sahiptir.
Şekil 1.1 Smith-Putnam Rüzgar Türbini
Şekil 1.2 Gedser Türbini
Bu zamana kadar inşa edilen tribünler doğru akım üretiyordu. 1951 yılından sonra doğru akım generatörlerinin yerini alternatif enerji üreten 35 kW asenkron makineler almaya başladı. 1960 yılların başında, 200 kW gücünde Gedser tribünü Juul tarafından SEAS elektrik şirketi için Gedser ‘de yapılmıştır. Bu tribün 3 kanatlı, elektromagnetik yaw (yönerge) sistemini ve asenkron generatör kullanmaktaydı. Stall(durdurma ) kontrol sistemine göre çalışan Gedser türbinin de ayrıca, aerodinamik üç fren bulunmaktaydı. Bu sistem günümüzde kullanılan türbinlerde de bulunmaktadır(Şekil 1.2).
11
1960 lı yıllardan sonra rüzgar enerjisinden elektrik üretiminde ekonomik nedenlerden dolayı azalma meydana gelmiştir. Daha ucuz olan fosil yakıtlar ( kömür, petrol, doğal gaz vb.) kullanılarak yapılan termik santraller popüler olmaya başlamıştı.
1973 dünya petrol krizi, alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına gösterilen ilginin artmasına sebep olmuştur. Dünya enerji ihtiyacının önemli bir bölümünü karşılayan fosil yakıtların kısıtlı kullanım sürelerinin olması, enerjinin elde edilmesi sırasında çevreye yapılan tahribat ve gelecek nesillerin de enerji ihtiyacı dikkate alındığında, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha iyi anlaşılmaktadır.
Rüzgar Enerjisi; özellikle 1990‘lı yıllardan itibaren önemli bir gelişme göstermiş, Amerika ve Avrupa’da yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Yapılan araştırmalara göre; şu an yürütülmekte olan politikaların devam etmesi durumunda dünya üzerindeki elektrik enerjisi üretimindeki payının hızla artacağı tahmin edilmektedir.
1.2. Rüzgar Enerjisinin Özellikleri
Temiz ve ucuz yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yer tutan rüzgar enerjisi genel olarak aşağıdaki amaçlarla kullanılabilir: •
Düşük güç gerektiren yerlerde yani aydınlatmalarda,
•
Yüksek kurulu güçlü santraller ile yüksek güç gerektiren yerlerde,
•
Küçük işyerleri ve küçük işlemelerde, çiflikler, evler ve büyük ölçekli sulamalarda.
•
Rüzgar enerjisi kullanımının avantajları şunlardır:
•
Sera gazı etkisi yaratmaz,
•
Temiz bir enerji kaynağıdır,
•
Güvenirliği ve ucuzluğu gittikçe artmaktadır,
•
Rüzgar türbini kurulan bir arazi ikili kullanım imkanına sahiptir,
•
Dışa bağımlı değildir,
•
Rüzgar enerjisi enerjisinin bazı dezavantajları da bulunmaktadır, bunlar ise,
•
Gürültü kirliliği,
•
Kuşların yaralanma ve ölümlerine sebep olması,
•
TV görüntüleri ve iletişim sistemlerine etkisi.
12
Çevresel üstünlükleri tanındıkça, bir çok ülke hükümet destekli girişimler ile rüzgar enerjisinin gelişimini desteklemeye başlamışlardır. Bu desteklerin hedefi pazarın hareketlendirilmesi, maliyetlerin düşürülmesi, konvansiyonel yakıtların örneğin devlet sübvansiyonları yoluyla sağladıkları hakça olmayan üstünlüklerinin etkisinin azaltılmasıdır. Farklı ülkelerde bir dizi Pazar hareketlendirme mekanizmaları kullanılmıştır.
1.3. Rüzgar Enerjisinin Diğer Enerji Kaynaklarıyla Karşılaştırılması
1.3.1 Maliyet
Türbinlerin ortalama ömürleri 20 yıldır. Bu değer, atmosferik nem, kararlı rüzgar yapısı vb. gibi faktörlere bağlı olarak değişebilmektedir. Ayrıca diğer önemli bir nokta da, rüzgar santrali kurulduktan sonra yapılan harcamalar sadece işletme ve bakım masraflarından ibarettir. Bu miktar da son derece düşüktür. Enerji üretiminde kullanılan farklı yöntemlerden elde edilen elektriğin maliyet karşılaştırılması Tablo 1.1’de verilmiştir. Tablodan da görüldüğü gibi diğer yaygın enerji kaynakları kadar ekonomiktir.
Tablo 1.1. Maliyet değerleri Yakıt Kömür Gaz Hydro Biomass Nükleer Rüzgar
Maliyet (sent/kWh) 4.8 - 5.5 3.9 - 4.4 5.1 - 11.3 5.8 - 11.6 11.1 - 14.5 4.0 - 6.0
1.3.2 Emisyon Değerleri
Tablo 1.2. Küresel ısınmaya yolaçan karbondioksit için elektirk üretimi sırasında karşılaştırılamalı emisyonlar Salınan Üretilen kWh başına Üretilen CO2,Toplam Yakıt salınan CO2 kWh, 1995 üretim (milyon (pound) (milyar) ton) Kömür 2,12 1,653 1,754 Doğal gaz 1,34 268 180 Petrol 1,96 56 55 ABD ortalama yakıt karışımı 1,33 2,995 1,991 Rüzgar 0 3 0
13
Tablo 1.3. Asit yağmuruna yolaçan kükürtdioksit için elektirk üretimi sırasında karşılaştırılamalı emisyonlar Üretilen Salınan Üretilen kWh başına kWh, 1995 SO2,Toplam üretim salınan SO2 (pound) (milyar) (bin ton) 0,0136 1,653 11,26
Yakıt Kömür Doğal gaz
0,000007
268
1
Petrol
0,0123
56
345
ABD ortalama yakıt karışımı
0,0078
2,995
11,608
Rüzgar
0
3
0
Tablo 1.4. Asit yağmuruna ve duman oluşumuna yolaçan azotoksitler için elektirk üretimi sırasında karşılaştırılamalı emisyonlar Üretilen Salınan Üretilen kWh başına kWh, 1995 Nox,Toplam üretim salınan Nox (pound) (milyar) (bin ton) 0,0079 1,653 6,514
Yakıt Kömür Doğal gaz
0,0046
268
614
Petrol
0,0036
56
102
ABD ortalama yakıt karışımı
0,0048
2,995
7233
Rüzgar
0
3
0
1.4. Rüzgar Hızının Sınıflandırılması
Rüzgar hızı, bölgenin bulunduğu coğrafi kesime göre farklı şiddete sahiptir. Bu hızların şiddetlerine göre aldığı isimler aşağıdaki tabloda rüzgar ölçeği şeklinde verilmiştir.
Tablo 1.5. Rüzgar Ölçeği RÜZGAR ÖLÇEĞĐ RÜZGAR HIZI (m/s) 0-1,8 1,8-5,8 5,8-8,5 8,5-11 11-17 17-25 25-43 43 VE ÜZERĐ
NĐTELĐĞĐ SAKĐN HAFĐF ORTA TAZE GÜÇLÜ FIRTINA GÜÇLÜ FIRTINA KASIRGA
14
BÖLÜM ĐKĐ
DÜNYA’DA VE TÜRKĐYE’DE RÜZGAR ENERJĐSĐNĐN DURUMU 2.1. Dünya'daki Durumu
Rüzgar enerjisi, temiz enerji kaynaklarındandır ve yaşadığımız çevre üzerinde olumlu etkileri gözlemlenmektedir. Şöyle ki; 500 kW lık bir rüzgar türbini, 57 000 ağacın yapacağı CO2 temizleme işine eşdeğer iş yapar. BTM consult tarafından geliştirilen senaryolara göre de, şayet dünya genelinin elektirik ihtiyacının %10’u 2025 yılına kadar rüzgar enerjisinden sağlanabilirse, yılda 1,41 Gton CO2 emisyonu azaltılabilecektir. Bu değere ulaşılabilmesi için bazı kabuller yapılmış olup, bunlar 2002 yılı sonuna kadar 20.000 MW kümülativ tesis, 2012 yılına kadar büyüme ilk on yılda her yıl %25 ve sonrasında büyüme %20 ve %15 olduğu takdirde, kümülativ kapasite 2028 yılında 1,07 milyon MW’a ulaşabilecektir. Avrupa birliği çalışmalarına göre ise, elektirk enerjisinin %10’luk kısmı rüzgar enerjisinden sağlanabildiği takdirde, Avrupa kıtası 170 milyon ton CO2 ve ayrıca 2 milyon ton da kükürt ve azot oksitlerinin ( SO2 ve NO2 ) atmosfere atılmasından kurtulabilecektir. Bunun hırslı, ama fakat gerçekleşebilecek bir hedef olduğu ilgililerce belirtilmektedir.
Dünyanın elektriğinin % 10’unun rüzgar enerjisinden elde edilmesinin yıllık yatırım gereksinimleri 1999 da 3 milyar dolar olmuş ve 2020 yılında 78 milyar dolara ulaşacaktır. Bu değerler 1990’lı yıllarda ortalama yıl başına 170-200 milyar dolar olan toplam küresel enerji yatırımlarının bir dilimidir. Tabii ki bu dilim rüzgar gücü elektrik sektörünün önemli bir kısmını oluşturduğunda göreceli olarak artacaktır.
Amerika Birleşik Devletleri’nde rüzgar çiftliklerinin toplam kurulu gücü 1700MW dolaylarındadır. Yıllık üretim miktarı ise 3 milyar kWsaat kadardır.
Rüzgar gücü ekonomisi ağırlığını koymaktadır. Rüzgar türbinlerinin inşaat ve işletme maliyetleri daha şimdiden önemli ölçüde azalmıştır. Danimarka’da rüzgar enerjisi maliyetleri 1981 ile 1995 yılları arasında 2/3 oranında düşmüştür. Rüzgar güçlü elektrik
15
maliyetleri bugünkü 4.7 sent / kWh değerinden daha da azalacak ve 2013 yılına kadar 3 sent / kWh seviyesinin altına düşecektir. 2020 yılında üretilen birim elektrik başına maliyetler 2.5 sente kadar gerileyecektir. Bu durum rüzgar enerjisini, büyük ölçekli hidrolik dahil olmak üzere, günümüzün tüm yeni üretim teknolojileri ile rekabet edebilir hale getirecektir.
Son yıllarda rüzgar enerjisinin en başarılı pazarları, özellikle Danimarka, Almanya ve Đspanya olmak üzere Avrupa ülkeleridir. Arasında Hindistan, Çin ve Güney Amerika'nın da bulunduğu bazı gelişmekte ülkelerin yanı sıra Amerika Birleşik Devletlerinde de bu teknolojinin kullanımında bir sıçrama görülmektedir. Rüzgar enerjisi bir dizi farklı ekonomi ve coğrafi yapıda başarılı olmaktadır.
Grubb ve Meyer tarafından yapılan ve “ IEA – Word Energy “ tarafından yayınlanmış çalışmada ,5.1 mt / sn. üzerinde Rüzgar kapasitesine sahip bölgelerin , uygulamaya dönük ve toplumsal kısıtlar nedeni ile % 4 ’ün kullanılacağı esasına dayalı çalışmada , Dünya Potansiyeli 53.000 TWh / yıl olarak hesaplanmıştır. Bu değerin Dünyadaki dağılımı , Tablo 2.2 ‘de verilmektedir.
16000 14000 14000
[ T W h / y ıl ]
12000
10600
10600
10000 8000 5400
6000
4800
4600
4000
3000
2000 0 Kuzey Amerika
Doğu Avrupa Rusya&
Afrika
Güney Amerika
Batı Avrupa
Asya (Rusya )hariç
Okyanusya
Şekil 2.1. Dünyanın teknik rüzgar potansiyel dağılımı
2001 yılında 24.700 MW olan rüzgar kurulu gücünün 2007 yılında 120.600 MW ‘ye yıllık% 25 ’lik bir artışla yükseleceği , daha sonra bu artış oranının düşerek , kurulu
16
gücün 2020 yılında 1.261.158 MW ‘ye çıkacağı , bu tarihten sonra sıfır artış hızı ile [ yılda sabit 150.000 MW kurulu güç ilavesi ile ] 2030 yılında 2.551 GW , 2040 yılında 3.044 GW kurulu güce ulaşılacağı hedeflenmiştir. Bu tarihte , rüzgar enerjisi kullanımında doyum noktasına gelineceği varsayılmaktadır. Ayrıca , 20 yıl olarak tahmin edilen türbin ömürlerinin sonunda % 5 ‘inin yeni teknolojiye dayalı Türbinler ile değiştirileceği düşünülmektedir.
Bu çalışmalarda, dikkate alınmayan 4-5 mt / sn. hızlı bölgelerde ayrıca ciddi bir potansiyeldir. Sadece Almanya’da bu değerin 90 TWh / yıl olduğu tesbit edilmiştir. Ayrıca, bu hesaplamalar sadece karasal bölgeler için yapılmıştır, dikkate alınmayan
denizsel
bölgelerinde ihmal edilemeyecek ciddi bir potansiyeli mevcuttur. Matthies ve Garrad’ın AB için yapığı çalışmada, bu değerin sadece Avrupa için 2500 TWh / yıl olacağı hesap edilmiştir.
3500000 3.044.000 3000000 2.551.300 2500000 2000000 1500000
1.261.200
1000000 500000
610.000 73.900
233.900
0 2005
2010
2015
2020
2030
2040
Şekil 2.2. Dünya rüzgar enerjisi kurulu güç hedefi
Dünyada rüzgar enerjisi konusunda asıl büyüme oranın, Kuzey Avrupa, ABD ve Japonya’da denizsel kapasitelerde olacağı tahmin edilmektedir. Bu potansiyelin, özellikle ABD ve Japonya’da oluşmakta olan elektrik enerjisi talebinin, iki katına yakın [ % 180 ] potansiyel içerdiği hesap edilmektedir.
Arka sayfada verilen Tablo 2.1 de, 2005 ve 2006 yıllarında
çeşitli ülkelerin rüzgar
türbini üretiminde yaptıkları yatırımları megawatt cinsinden verilmektedir.
17
Tablo 2.1 Ülkeler bazında rüzgar türbini yatırımlarları
Sıra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Ülkeler bazında rüzgar türbini yatırımları (yıl sonu verileri) Ülke 2005 (MW) Almanya 18 Đspanya 10,028 Amerika Birleşik Devletleri 9,149 Hindistan 4,43 Danimarka 3,132 Çin 1,26 Đtalya 1,718 Đngiltere 1,332 Portekiz 1,022 Fransa 757 Hollanda 1,219 Kanada 683 Japonya 1,061 Avusturya 819 Avusturalya 708 Yunanistan 573 Đrlanda 496 Đsveç 510 Norveç 267 Brezilya 29 Mısır 145 Belçika 167 Tayvan 104 Güney Kore 98 Yeni Zelenda 169 Polonya 83 Fas 64 Meksika 3 Finlandiya 82 Ukrayna 77 Kosta Rika 71 Macaristan 18 Litvanya 6 Turkiye 20
35 Çek Cumhuriyeti 36 Đran
2006 (MW) 20,621 11,615 11,603 6,27 3,136 2,604 2,123 1,963 1,716 1,567 1,56 1,459 1,394 965 817 746 745 572 314 237 230 193 188 173 171 153 124 88 86 86 74 61 55 51
28 23
50 48
Avrupa'nın Geri Kalanı
129
163
Amerika'nın Geri Kalanı Asya'nın Geri Kalanı Afrika ve Orta Doğu'nun Geri Kalanı Okyanusya'nın Geri Kalanı Dünya Toplam
109 38
109 38
31 12 59,091 MW
31 12 74,223 MW
18
Tablo 1.5. de verilen rüzgar ölçeğine göre yapılan ölçümlere göre Avrupa ülkeri için potansiyel ölçümleri Tablo 2.2 de görüldüğü gibi ülkemiz ilk sırayı almaktadır.
Tablo 2.2. Avrupa ülkelerinde rüzgar enerjisi potansiyeli
Avrupa Avusturya Belçika Danimarka Finlandiya Fransa Almanya Đngiltere Yunanistan Đzlanda Đrlanda Đtalya Luksamburg Hollanda Norveç Portekiz Đspanya Đsveç Đsviçre Türkiye
Toplam yüzölçümü 1000 km2 84 31 43 337 547 357 244 132 103 70 301 3 41 324 92 505 450 41 781
potansiyel rüzgar sınıfı>3 1000 km2 40 7 43 17 216 39 171 73 103 67 194 0 10 217 31 200 119 21 418
Yöre Potansiyeli km2 200 280 1720 440 5080 1400 6840 2640 2080 2680 4160 0 400 4560 880 5160 2440 80 9960
Teknik Potansiyel GW TWh/yr 2 3 2 5 14 29 4 7 42 85 12 24 57 114 22 44 17 34 22 44 35 69 0 0 3 7 38 76 7 15 43 86 20 41 1 1 83 166
2.2. Türkiye’deki Durumu
Türkiye'deki rüzgar enerjisi kaynakları teorik olarak Türkiye'nin elektriğinin tamamını karşılayabilecek yeterliliktedir. Fakat rüzgar enerjisinin sisteme girişinin tutarlı bir biçiminde gerçekleşmesini kolaylaştırmak üzere gerekli altyapı tasarımlanmalıdır.
Türkiye'nin teknik potansiyeli 83.000 MW dır. Bu, Türkiye'nin biran önce kullanması gereken önemli bir rüzgar enerjisi potansiyeli olduğunu göstermektedir.
19
Türkiye’de 1995 yılında yayınlanan enerji raporundaki istatistiksel veriler ile 2010 yılına dek geleceğe ilişkin üretim tahminlerinde rüzgar enerjisine yer verilmemektedir. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı ve TEAŞ, kaynak olarak rüzgar enerjisini göz önüne almamaktadır. Bu görmezliğe karşın, Türkiye için rüzgar enerjisi yabancı sayılmaz.
1960/61 döneminde rüzgar türbinleri ile ilgili bir araştırma için Tarım Bakanlığı kanalından Türkiye çapında yaptırılan bir anket çalışmasında, 718 tanesi su çıkartmada ve 41 tanesi elektrik üretiminde kullanılan 749 rüzgar kuvvet makinesi saptanmıştır. Ancak ucuz petrol döneminde bu makinelerin varlıklarını sürdürmeleri ve sayılarının artması söz konusu olamamıştır.
Türkiye‘de rüzgar enerjisi üzerindeki bilimsel çalışmalar 1950‘lerin sonlarında üniversitelerimizde başlatılmıştır. Bakanlık düzeyinde el atılması ise yapay petrol bunalımından sonra olmuştur. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı‘na bağlı EĐE bünyesinde 1981 yılından bu yana rüzgar enerjisi çalışmaları yapılmaktadır. 1989 yılında Rüzgar Enerjisi Şube Müdürlüğü diye ayrı bir birim de oluşturulmuştur. Bu çalışmalar Türkiye‘de rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi, enerji amaçlı ve bilgisayar destekli gözlem istasyonları kurulması üzerine toplanmış, çeşitli rüzgar türbinleri üzerinde demontrasyon amaçlı uygulamalara girilmiştir.
1990 sonrasında TÜBĐTAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) bünyesinde bazı çalışmalar yapılmıştır. MAM‘da eksikler ve hataları bulunan ilk rüzgar atlası çalışması başlatılmış, Gebze – Özbek tepede çeşitli pompa çalıştırma ve elektrik üretim amaçlı rüzgar türbinleri kurularak denenmiştir. Ancak pompa çalıştırmak için seçilen makine büyük elektrik üretimi için seçilen makine küçüktür. Türkiye rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi ve rüzgar atlası ile ısıl haritalarının oluşturulması için Devlet Meteoroloji Đşleri Genel Müdürlüğü ( DMĐ ) tarafından sürdürülen ve kullanılabilir ilk sonuçları alınmış bir çalışma da vardır.
EĐE’nin girişimleri ilk 1992 yılında Bakanlar Kurulu kararına dayanarak, Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği Türkiye Şubesi ( AREB – TŞ ) kurulmuştur. Bugün Türkiye ‘de gücü 1 kW ‘ nın üzerinde ve çalışır durumda olan elektrik üretim amaçlı çok sayıda rüzgar türbini vardır. Bunlardan biri 1985 yılında Danimarka ‘dan alınan 55 kW güçlü Çeşme – Altın yunus turistik tesisleri rüzgar türbinidir. EĐE Bandırma ‘da kurmak için1986 yılında 20 kW ‘ lık bir rüzgar türbini ithal etmişse de sistem hatası yüzünden çalıştırılamamaktadır. Son olarak
20
dört özel sektör kuruluşu yap – işlet – devret modeli kapsamında rüzgar çiftliği kurmak için Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı’na başvuruda bulunmuşlardır. WASP ( Wind Atlas Analysis and Application Programme) programına uygun olarak hazırlanan bir çalışma da 10 yıllık bir periyot için kesintisiz rüzgar datasının temini söz konusu olmuştur.
WASP Avrupa rüzgar atlası bir PC paket programıdır ve menülerle çalışmaktadır. Ana menüleri ; DATA, OBSTACLE, ROUGHNESS, OROGRAPY, ATLAS ve WESC. Program datayı analiz edip engel pürüzlülük ve dağoluş etkileri yönünden düzelttikten sonra ATLAS menüsünde yatay ve dikey değerler olarak depolanmaktadır. 87600 karekterlik 10 yıllık rüzgar hız ve yön kaydını çok kısa bir sürede okuyup 1 m/s ‘lik aralıklarla 30 o lik yön sektörleri için esme sayılarını hesaplıyor, her yön sektörü için 1000‘e normalize ediyor ve bunların kümülatif frekansını % olarak veriyor. Bu esme sayıları frekans tablosunda ayrıca her bir yön sektörü için Weibull parametrelerini ( A , k ) hesaplıyor ve ortalama rüzgar hızını belirleyip m/s birimiyle, ortalama rüzgar enerjisi yoğunluğunun değerini de hesaplayıp W / m2 birimiyle veriyor.
DMĐ tarafından 1993 yılında başlatılan rüzgar atlası çalışmasında 43 meteoroloji istasyonunun verileri WASP bilgisayar programı ile değerlendirilmiştir. 10 metre ölçüm yüksekliğinde ortalama yıllık hızı 2.7 – 3.5 olan yörelerimiz Afyon, Antalya, Isparta, Samsun, Sarıyer, Akhisar, Malatya, Anamur ve hızı 3.5 – 4 m/s olan yörelerimiz Bergama, Bodrum, Çanakkale, Çorlu, Gökçeada, Đnebolu, Sinop ve son olarak hızı 4 – 6 m/s olan yöreleriz ise Antakya, Bandırma ve Mardin olup, en yüksek hız 6.2 m/s ile Bozcaada ‘ da saptanmıştır.
Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği TÜREB' in kuruluşundan sonra yatırımcılar, akademisyenler, imalatçılar ve diğerleri Türkiye'de rüzgar enerjisi gelişimini desteklemek üzere bir araya geldiler.
1996 yılında da ETKB' nin Türkiye'de rüzgar enerjisi kullanımına ilişkin politikası pek iyimser değildi. Resmi açıklamalar Türkiye'de rüzgar enerjisi gelişimine çok şans tanımıyorlardı.
21
Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği'nin çabaları ve ETKB ile Elektrik Đşleri Etüt Đdaresinin (EĐEĐ) TUREB çalışmalarına katılımı sonrası Türkiye'deki rüzgar enerjisi potansiyeli kabul görmeye başlamıştır.
2.2.1 Türkiye Rüzgar Hızı ve Potansiyeli Dağılım Haritaları
Şekil 2.3. Rüzgar hızı dağılım haritası
Şekil 2.4. Rüzgar potansiyeli dağılım haritası
22
2.2.2 Türkiye’deki Rüzgar Santralleri
Çeşme'de 1998 yılında toplam 8,70 megawatt kapasitede kurulan 2 rüzgar santrali ile başlayan rüzgar enerjisi yatırımı, 2007 yılın sonuna kadar Çanakkale-Gelibolu, ManisaSayalar ve Hatay-Samandağ da kurulacak 3 üretim tesisi ile 206,95 megawatta ulaşacak.
2008
yılında
Đstanbul'da
Gaziosmanpaşa,
Çatalca,
Đzmir'de
Aliağa
Kemalpaşa,Balıkesir'de Bandırma, Şamlı'da, Hatay-Samandağ, Aydın-Çine ve Çanakkale'de toplam 405,16 megawatt kurulu güçte üretim tesisi kurulması planlanırken, 2009 yılında Osmaniye-Bahçe'de tek başına toplam 130 megawatt kapasiteli kurulacak rüzgar santrali ile toplam kapasite 742,11 megawatta ulaşacak.
Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu, rüzgar enerjisine dayalı üretim tesisi kurmak için Kuruma yapılan başvuruları da karar bağladı. Buna göre 30 Nisan Kurul kararıyla EPDK, toplam 847,55 megawatt kurulu güçte yeni RES lisansı verirken, 188,55 megawatt güçte kurulması planlanan tesis için lisans verilmesini uygun gördü.
Kurul, 32 şirketin RES üretim lisansı başvurusunu ret ederken, 10 şirketin lisansını iptal etti, 4 şirketin de lisansını sonlandırdı.
Böylelikle EPDK, yatırıma geçemeyen, öngörülen sürede yeterli gerçekleşmeleri gösteremeyen şirketlerin lisanslarını iptal etmek suretiyle rüzgar alanında ciddi yatırım yapacak şirketlerin önünü açmayı amaçlıyor.
Rüzgar enerjisine dayalı üretim tesisi için lisans başvurusu sayısının beklenenden çok olması üzerine, EPDK gerekli incelemeleri yapmak üzere 1 Mart 2007 olarak belirlenen başvuru alma tarihini 1 Ekim 2007'e erteledi. Karasal (on-shore) rüzgar açısından zengin sayılabilecek bir konumda olan Türkiye'de özellikle Balıkesir, Çanakkale, Đzmir, Manisa, Hatay illeri rüzgar potansiyeli açısından başı çekiyor. Rüzgar enerjisine dayalı üretim yapmak isteyen şirketlerin, teknik açıdan şu hususlara dikkat etmesi gerekiyor: -Seçilen bölgedeki rüzgar verilerinin uluslararası normlarda toplanmış olması, -Yatırıma karar verilen bölgede şebekeye bağlantının mümkün olduğunun veya şebeke genişlemesinin veya yenilemesinin TEĐAŞ veya gölgedeki dağıtım şirketinden teyit
23
edilmesi, -Seçilen bölgenin SĐT alanı gibi, izin, onay ve ruhsat gibi işlemler açısından problemsiz olduğunun tespit edilmesi.
Bu arada 2007 itibariyle Türkiye'de tamamlanmış toplam 7 rüzgar santrali bulunurken, 14 tesisin yapımı devam ediyor, 2 tesisin de yap-işlet-devret modeliyle devreye girmesi bekleniyor.
Tablo 2.3 Türkiye’deki rüzgar santralleri
Elektrik Üretimine Geçiş Tarihi
Kurulu Güç (MW)
Firma
Yer
1998 Şubat
1,5
Demirer
Çeşme ĐZMĐR
1998 Kasım
7,2
Güçbirliği
Çeşme ĐZMĐR
2000 Haziran
10,2
Demirer-Enercon
2003 Kasım
1,2
Sunjut-Demirer
Bores ÇANAKKALE Hadımköy ĐSTANBUL
Mevcut RES'ler
20,1
2006 Mayıs
30
Bares-Bilgin
Bandırma BALIKESĐR
2006 Ağustos
39,2
Demirer-Enercon
Çeşme ĐZMĐR
2006 Kasım
30,4
Demirer-Ado
Çanakalan ÇANAKKALE
2006'da üretime geçenler
99,6
2007 Mart
15
Demirer-Polat
Gelibolu ÇANAKKALE
2007 Mayıs
30,4
Demirer-Polat
Sayalar MANĐSA
2007 Aralık
28,8
Demirer-Enercon
Dares DATÇA
2007'de üretime geçecekler
74,2
2.2.3. Türkiye’deki Rüzgar Ölçümlerine Đlişkin Tebliğ
Rüzgar enerji santralının projelendirilmesi ve ekonomisi temel olarak seçilen santral sahasından üretilebilecek enerji miktarına bağlı olmaktadır. Bu enerji miktarının tespiti için seçilen proje sahasına ait arazinin topoğrafik yapısı da göz önüne alınarak uygun nokta veya noktalara rüzgar gözlem istasyonu (RGĐ) kurulmalıdır. RGĐ’larındaki bir ölçüm direği
24
üzerine yerleştirilmiş ölçüm aletleri ile standartlara uygun olarak yapılan rüzgar hızı, rüzgar yönü gibi ölçümler rüzgar enerji santralı projesinin daha sonraki aşamaları olan verilerin değerlendirilmesi, enerji üretim miktarının belirlenmesi ve rüzgar türbini seçiminde yol gösterici olacaktır.
RGĐ’larının yerlerinin belirlenmesi hayati öneme sahiptir. RGĐ’nun kurulacağı nokta veya noktalar her şeyden önce o alanı temsil edebilecek bir yer olmalıdır. WMO (Dünya Meteoroloji Örgütü) standartlarına göre temsil mesafesi arazinin topografik yapısına bağlı olarak 500 m ile 100 km arasında değişmektedir. Ayrıca seçim yapılan nokta, topoğrafik açıdan son derece uygun olmakla birlikte bu alanda, engel yüksekliğinin 10 katı mesafeden daha yakında başka yüksek engeller bulunabilir. Bu şekilde seçilmiş yerler amaca uygun olmamaktadır. Tepe arkalarında yer seçimi tercih edilmemelidir. Bu durumda rüzgar hızı gerçek değerinden türbülanslar nedeniyle çok fazla uzaklaşabilir. Ayrıca RGĐ’nun kurulacağı noktadaki rüzgar akışları daima birbirine paralel (laminer) olmalı, bozulmuş rüzgar akışları ve türbülanslar bulunmamalıdır. Özellikle enerji amaçlı rüzgar hız ve yön ölçümlerinde hassasiyetin çok düşük olması istenmektedir. Zira, ölçümlerde yapılabilecek küçük bir hata enerji üretimine önemli oranda hata ve belirsizlik olarak yansır. Bu yüzden yer seçimi mutlaka bu konularda son derece deneyimli uzman personel tarafından yapılmalıdır. RGĐ’larının kurulduğu noktalara ait 1/25 000 ölçekli harita üzerinde UTM (Universal Transver Mercator) ve coğrafi koordinatları ile deniz seviyesinden olan yüksekleri de uzman elemanlar tarafından tespit edilmelidir.
RGĐ’undaki
ölçüm aletleri tamamen doğal atmosferik şartlarda çalıştığından kapalı
yerlerde çalışan diğer aletlere göre ekonomik ömürleri daha kısadır. Paslanma, korozyon, çürüme, aşınma, buzlanma gibi etkenler yüzünden rüzgar aletlerinin ölçüm değerleri normalden hızla uzaklaşır. Bu yüzden rüzgar ölçüm aletleri ve kayıt sistemleri ile elektrik devreleri sık sık kontrol edilmeli, bakımları ve kalibrasyonları standartlarda ve aletlerin teknik el kitaplarında öngörülen zamanlarda mutlaka yapılmalıdır. Bir RGĐ kurulurken aşağıda sıralanan unsurlar da ayrıca göz önüne alınmalıdır:
•
RGĐ rüzgar profilini değiştirecek engellerden uzak yerlere kurulmalıdır.
•
Ölçüm aletleri kuzey-güney doğrultuda olacak şekilde monte edilmelidir. Ölçüm yüksekliğine bağlı olarak direk tipi (iç içe geçmeli boru veya demir üçgen, dörtgen profil) projelendirilmelidir.
25
•
Ölçüm direğinin yerinden oynamaması için direği toprağa bağlayan betonun yüzeyi ve derinliği projelendirilmeli, yüksek rüzgar hızlarında direğin devrilmesi önlenmeli, gerektiğinde çeşitli yüksekliklerde lentelerle yere irtibatlandırılmalıdır.
•
Sistemlerin uçuşlara engel olmaması için direk üzerine yanıp sönen kırmızı flaşör lamba bağlantıları ile çevrede direkten daha yüksek engel yoksa direk üzerine paratoner tesisatı projelendirilmelidir.
•
Direk üzerine monte edilecek sistemlerin periyodik bakım,
onarım ve
kalibrasyonları için direklerin yatırılabilir olması sağlanmalıdır.
•
Montaj esnasında sensörlerin yerlerine uygun şekilde monte edilip edilmediği kontrol edilmeli, diş kapması veya aşırı sıkışmalara meydan verilmemelidir. Sistemlerde aşırı yağlama yapılmamalıdır. Zira fazla yağ çevredeki tozlarla birleşerek sistem millerinin ve sistem yataklarının normal çalışmasına engel olur.
•
Ölçüm aletlerinin kabloları direk üzerine bağlanmalı, hiçbir kablo sarkık durumda olmamalıdır.
•
Montajı bitmiş bir ölçüm direği yer düzlemine dik konumda olmalı ve ölçüm aletlerinin hepsi tek bir direk üzerine monte edilmelidir.
•
Ara ölçüm aletlerini ölçüm direğine bağlayabilmek için traversler kullanılmalıdır. Bu traverslerin taşıdığı ölçüm aletlerinin ölçüm direğine olan uzaklığı, ölçüm direğinin çapının en az 7 katı kadar olmalıdır.
•
Ölçüm direğinin en üst noktasına yerleştirilecek anomemetre, ölçüm direğinin üst seviyesinden en az 800-900 mm yukarıya monte edilmelidir.
Aynı tip ve marka ölçüm aletlerinin kalibrasyon eğrileri birbirinden tamamen farklı olup biri diğerinin yerine kullanılamaz. Bu nedenle ölçüm direği üzerine monte edilen öçlüm aletleri ölçüm süresince değiştirilmemelidir.
26
Rüzgar hızı ve yönünü belirlemek amacıyla yapılan ölçümler, ölçüm amacına göre değişir. Meteorolojik amaçlı (klimatolojik, sinoptik, hava kirliliği vb) yer rüzgarı ölçümlerinde Dünya Meteoroloji Örgütü (WMO) kurallarına göre standart ölçüm yüksekliği 10 metredir. Enerji amaçlı rüzgar ölçümlerinde ise rüzgar hızı, rüzgar yönü ve çevre sıcaklığı gibi parametreler 30 metre ve mümkünse türbin hub yüksekliğinde en az bir yıl periyodik olarak (10 dk, 1 saat) ölçülür ve bilgisayar ortamında değerlendirilebilinecek şekilde veri paketi olarak tespit edilir. Rüzgar hızı ve rüzgar yönünün yanısıra diğer bazı meteorolojik parametrelerin de ölçülmesi son derece faydalı olacaktır. Özellikle rüzgar enerjisi hesaplamalarında kullanılan bir değer olan hava yoğunluğunu hesaplayabilmek için basınç, çevre sıcaklığı ve nemlilik değerlerinin ölçülmesi önemlidir.
Ölçüm aletlerinde üretilen sinyal voltajı kablolar yardımıyla bir data logger’a iletilir. Data logger gelen bu sinyalleri işleyerek ölçüm değerlerini depolar. Depolanan veriler bilgisayar ortamına aktarılıp değerlendirilir.
Bir bölgenin rüzgar enerjisi potansiyeli rüzgar hızlarının kübüyle orantılıdır. Bu nedenle rüzgar hızı ölçümlerinde yapılabilecek ölçüm hatası
santral sahasının rüzgar enerji
potansiyelinin belirlenmesindeki doğruluğu oldukça etkiler. Ölçüm periyodunun uzatılması ve mümkünse türbin hub yüksekliğinden alınacak rüzgar ölçümleri rüzgar potansiyelini daha sağlıklı belirleyecektir. Ayrıca, elde edilen rüzgar ölçüm kayıtları yeterli ilişkiye sahip yakın istasyonlarla veya aynı ölçüm noktasından alınan uzun dönem rüzgar ölçüm kayıtlarıyla karşılaştırılıp değerlendirilmelidir. Rüzgar ölçüm verileri mümkün olduğunca sürekli olmalı, kesintili ve eksik olmamalıdır. Ölçüm serilerinde bir ayda meydana gelen ölçüm kesintilerinin 180 saatin üzerine çıkması hassas bir değerlendirmeyi mümkün kılmadığından elde edilen ölçüm değerleri iptal edilmelidir.
Tablo 2.4. 30 m ‘lik ölçüm direğinde ölçülen parametreler ve ölçüm yükseklikleri ÖLÇÜM YÜKSEKLĐĞĐ (m)
ÖLÇÜLEN PARAMETRELER
2
Çevre Sıcaklığı ve Basınç
10
Rüzgar Hızı
20
Rüzgar Hızı
30
Rüzgar Hızı ve Rüzgar Yönü
27
2.2.4. Türkiye’deki Kapatılan ve Çalışan Đstasyonlarının Ölçüm Verileri
Tablo 2.5. Çalışan bazı ölçüm istasyonların yıllara göre rüzgar hız verileri YER
YIL
O
Ş
M
N
M
H
T
A
E
E
K
A
ORT.
1999
5,6
6,0
6,8
5,4
5,1
5,3
6,2
6,3
4,6
4,5
5,3
6,0
5,6
4,9
4,7
5,2
5,2
6,2
5,8
4,5
4,6
5,9
6,5
5,4
2000
5,9
5,9
5,6
4,4
4,0
N/A
5,2
6,5
5,2
4,9
4,7
5,7
5,3
2001
6,0
6,0
5,9
6,0
3,0
5,3
6,2
6,4
4,5
5,7
5,9
8,2
5,8
2002
5,1
4,9
6,0
5,0
4,8
6,3
5,0
5,6
4,2
5,0
4,3
6,4
5,2
2003
6,2
7,3
6,0
5,1
3,9
5,4
5,9
6,5
5,3
5,6
5,1
5,7
5,7
2004
7,5
6,5
6,3
N/A N/A N/A
N/A
N/A
6,3
4,9
5,6
4,3
5,9
2005
6,1
7,1
N/A
4,9
4,4
5,4
5,2 10,6
6,9
4,5
5,9
5,5
6,7
1995
4,5
4,9
5,5
5,7
6,1
9,4
10,4 11,3
9,0
5,1
4,7
4,4
6,8
1996
6,1
5,6
4,4
5,6
7,3
8,1
11,5 10,4
7,6
5,4
5,2
4,5
6,8
1997
5,6
3,4
4,1
4,1
N/A N/A 10,7 11,8
7,0
4,4
5,0
6,4
6,3
1998
6,3
6,1
5,7
6,1
6,5
10,1 11,0
9,8
7,4
5,6
3,8
4,7
7,1
1999
5,1
5,6
6,1
6,2
7,4
7,4
11,7
9,8
N/A N/A N/A
N/A
7,4
2000
4,8
N/A
N/A
N/A
7,0
N/A
N/A
N/A
9,4
4,4
5,5
2001
4,8
4,9
5,4
6,0
5,0
9,3
11,5 10,3
2002
5,0
5,8
5,3
5,4
5,4
7,8
8,8
2003
8,0
8,3
8,8
6,4
6,4
5,7
8,9
N/A N/A N/A
2004
5,5
6,0
6,0
6,2
7,7
9,3
9,2
10,6
7,6
5,0
2005
5,8
5,7
5,1
6,1
7,6
9,3
10,8 11,3
7,9
6,8
7,0
5,3 6,2
BABABURNU
1998
BELEN
1994
KOCADAĞ
DATCA
1994
5,5
9,1
3,9
3,7
8,2
5,3
5,6
5,8
6,8
6,0
N/A N/A
N/A
6,5
4,6
6,5
7,1
5,2
5,4
7,0
4,9
4,7
3,9
6,9
4,6
6,7
5,9
6,1
5,9
1995
5,1
5,8
5,6
5,4
5,2
5,1
7,5
8,3
5,0
4,9
5,8
1996
5,6
N/A
N/A
5,5
5,1
6,7
8,0
N/A N/A N/A N/A
4,4
5,9
1997
5,1
6,4
6,2
6,3
4,8
7,0
6,5
7,3
7,7
5,4
3,9
5,9
6,0
1998
5,0
6,0
6,8
4,7
5,7
7,2
6,8
7,6
6,1
5,4
4,3
4,8
5,9
1999
4,4
5,3
6,3
5,0
3,5
7,5
7.0.
6,8
N/A N/A N/A
N/A
5,5
2000
N/A N/A
N/A
N/A
5,9
6,3
5,6
6,7
5,9
5,3
2,7
5,6
5,5
2001
4,6
5,1
4,7
4,5
6,5
5,6
8,0
5,9
6,2
5,5
5,3
5,4
5,6
2002
5,4
4,0
5,0
5,5
5,4
5,4
6,2
7,0
4,9
4,6
3,5
5,1
5,2
2003
4,6
7,6
6,2
5,9
3,9
5,8
8,0
6,6
7,0
5,8
4,3
5,2
5,9
2004
5,7
6,4
6,0
4,6
4,8
N/A
N/A
N/A N/A N/A
5,0
4,8
5,3
2005
5,7
5,8
5,8
5,7
5,5
6,9
6,9
7,0
N/A
N/A
6,2
1996
9,1
10,0
9,8
7,2
6,2
9,4
9,9
8,5
6,4
7,3
8,3
10,1
8,5
1997
9,2
8,8
10,3
7,8
6,8
6,5
7,5
8,6
9,6
9,6
6,4
10,0
8,4
1998
6,8
9,8
9,5
7,4
6,7
7,9
9,3
9,5
7,6
7,6
8,1
10,1
8,4
1999
9,5
8,9
7,5
6,5
7,5
7,6
8,3
9,1
6,2
7,2
10,5
9,4
8,2
2000
8,8
9,7
8,1
6,3
6,9
9,7
8,1
9,8
7,3
7,9
6,4
9,3
8,2
2001
8,5
8,9
8,5
8,5
N/A N/A
N/A
N/A
6,7
9,0
9,3
10,7
8,8
2002
8,0
7,7
8,0
7,0
7,0
8,6
8,6
6,5
7,2
5,3
7,1
N/A
7,4
2003
N/A N/A 10,0
7,3
6,5
8,0
8,6
9,7
7,8
9,2
6,9
9,3
8,3
2004
9,2
N/A
N/A
N/A N/A N/A
9,5
7,7
9,1
6,7
N/A
N/A
8,4
2005
N/A 11,5
7,4
19,9
N/A
7,4
6,9
8,2
9,5
9,7
9,4
6,1
7,8
7,3
5,6
28
GÖKÇEADA - I
Tablo 2.6. Kapatılan bazı istasyonların yıllara göre rüzgar hız verileri 1994
7,8
7,4
7,6
6,4
4,5
5,4
8,2
6,1
6,1
7,2
7,4
6,5
6,7
1995
9,3
7,5
7,7
5,7
6,9
4,6
7,4
6,6
5,3
8,4
6,7
8,3
7,0
1996
8,6
8,6
8,1
4,5
5,5
6,0
7,3
6,4
5,2
6,2
6,9
8,2
6,8
1997
7,4
7,7
7,7
6,1
N/A N/A
N/A
N/A
N/A
7,8
5,9
7,6
7,4
1998
5,2
6,4
8,1
7,2
5,8
6,9
7,7
6,4
6,4
7,7
10,0
6,9
1999
7,4
6,7
6,1
5,2
5,8
5,2
7,1
6,6
4,7
6,1
7,4
8,6
6,4
2000
7,2
6,8
6,5
4,4
4,3
4,7
4,2
7,9
6,9
7,4
5,5
7,2
6,1
2001
7,7
6,9
8,1
6,7
5,3
5,9
6,2
7,8
5,7
8
7,6
11
7,2
2002
6,6
6,2
7,8
6,2
5,9
6,3
N/A
N/A
4,7
5,4
5,2
8,3
6,3
2003
8,2
10,4
7,8
9,7
SOKE
1996
5,5
9,1
9,5
-
3,8
6,4
6,7
6,5
3,0
3,6
3,2
3,5
3,1
1997
4,2
4,4
4,5
3,4
3,7
5,1
5,2
5,1
5,9
4,2
2,9
3,2
4,3
1998
3,4
4,6
4,2
3,1
3,4
5,6
5,9
6,2
4,2
3,6
2,6
3,6
4,2
1999
3,2
3,0
3,2
2,9
4,6
5,1
5,0
4,9
3,8
3,7
3,7
2,9
3,8
2000
4,1
3,6
3,3
N/A N/A N/A
4,6
5,3
3,8
4,0
3,0
3,8
3,9
2001
3,2
3,5
3,1
3,1
4,5
4,9
6,0
5,1
3,7
4,5
3,5
3,6
4,1
2002
4,2
3,3
3,8
3,4
N/A N/A
3,8
4,1
2,6
3,1
N/A
N/A
3,5
2003
N/A N/A
5,1
3,8
3,9
-
2000
2,9
2,7
2,5
2,7
4,0
2001
N/A N/A N/A N/A
3,1
3,9
3,3
2,5
2,7
2002
3,1
2,1
2,2
2,4
2,6
3,6
N/A
N/A
N/A
2003
1,6
3,5
3,3
2,9
2,6
-
5,2
6,3
6,8
7,8
4,8
8,4
5,6
7,7
6,6
N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
5,6
5,2
6,5
6,5
5,2
6,1
4,3
BERGAMA
FETHIYE
1999 3,0
2001 2002
4,8
N/A N/A N/A N/A N/A
2003
5,5
7,4
6,3
5,2
5,3
3,4
6,7
5,6
4,9
3,6
1,2
4,4
3,5
2,9
2,5
N/A
N/A
3,0
1,9
2,0
1,6
2,6
N/A
N/A
AKHĐSAR
2,6 2,8
5,9
-
1993 1994
5,1
5,5
6,4
7,5
5,3
8,0
10,1
8,8
6,6
5,0
7,7
5,2
6,7
1995
6,3
6,7
6,9
4,9
6,9
4,4
10,4
8,1
5,4
8,1
5,0
6,6
6,6
1996
N/A
6,3
8,5
5,8
4,5
8,6
9,5
8,6
4,3
5,4
4,6
6,8
6,6
1997
5,4
6,6
8,4
5,3
N/A N/A
N/A
N/A
8,0
7,0
3,3
5,7
6,2
1998
4,2
6,2
7,3
4,8
4,9
7,3
8,7
9,0
6,2
5,0
5,0
6,6
6,3
1999
5,9
5,6
4,7
4,0
6,1
7,4
8,2
8,5
5,6
5,3
5,8
N/A
6,1
2000
N/A N/A N/A
4,0
6,3
8,7
7,0
9,3
6,0
3,4
5,3
4,4
6,0
2001
5,2
6,2
2,7
2,7
4,3
5,4
8,7
9,0
5,0
7,1
5,6
8,3
5,9
2002
5,2
4,3
5,3
5,3
6,1
7,2
6,0
6,2
3,8
4,3
N/A
5,4
5,4
2003
6,5
9,0
7,6
5,8
1993
DIDIM - I
1,9
5,4
7,6
8,2
8,6
7,1
6,0
4,2
-
6,9
3,7
4,3
5,4
4,5
4,3
3,4
6,8
5,1
4,7
1994
4,8
5,0
5,4
4,5
4,5
5,5
4,7
5,3
3,6
3,9
6,3
5,6
4,9
1995
6,1
5,1
5,6
4,0
3,8
3,4
5,7
4,5
4,1
4,3
5,3
5,7
4,8
1996
4,9
5,0
6,0
5,1
3,6
5,1
4,8
4,5
3,9
3,8
4,4
5,3
4,8
1997
5,1
5,6
5,5
5,1
3,5
3,9
4,8
4,7
4,8
4,4
3,7
6,1
4,8
1998
4,5
5,8
5,9
3,4
4,0
5,0
4,7
4,3
4,1
4,0
4,2
4,7
4,6
1999
4,9
5,7
4,8
3,6
3,7
5,0
3,9
4,3
2,9
3,5
4,3
4,5
4,3
2000
5,2
5,0
4,5
6,3
4,7
-
5,1
29
DIDIM - II BANDIRMA - I BANDIRMA - II
2001
N/A
3,3
N/A N/A N/A
4,2
4,6
3,7
3,5
4,1
4,7
5,2
4,2
2002
5,0
3,3
3,9
4,1
3,5
4,3
3,8
4,3
3,3
3,4
2,9
4,7
3,9
2003
4,2
5,8
4,8
4,2
2,5
4,3
5,3
4,2
-
1991
5,3
5,6
6,3
4,8
3,9
5,7
5,9
6
5
1992
4,9
N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
1993
5,5
6
5
4,9
3,5
4
5,5
6,5
4,7
5
1994
5,2
5,6
5,6
5,2
4
4,5
5,9
4,8
5,2
6
1995
5,4
N/A N/A N/A N/A N/A
6,9
5,4
4,1
6
1996
5,5
5,6
2001
6
-
8,1
6,6
6,5
6,8
8,2
9,6
6,1
8,4
GELIBOLU
5,1
5,9
4
5,0
2,7
3,7
4,8
3,8
5,7
5,5
8,1
12,0
8,0
7,0
6,4
6,1
6,2
7,4
6,4
7,0
6,2
5,2
6,1
N/A N/A N/A
2003
7,7
9,3
8,2
6,0
6,7
6,9
6,0
8,2
7,6
7,0
5,7
-
7,2
6,1
6,0
4,4
6,3
5,7
1998
4,2
5,7
6,0
4,5
4,4
5,4
6,1
6,4
5,3
4,6
5,2
6,3
5,3
1999
5,3
5,5
4,6
4,4
5,1
5,2
5,6
5,5
4,6
N/A N/A
6,3
5,2
2000
5,2
5,7
5,1
4,0
4,8
6,0
5,1
6,2
5,2
4,7
5,2
5,1
2001
5,6
5,5
5,6
5,3
4,8
5,5
5,8
6,3
4,7
5,8
6,0
7,4
5,7
2002
5,1
4,8
5,3
4,4
4,7
5,7
4,8
5,5
4,1
4,6
4,0
6,1
4,9
2003
6,0
6,6
5,8
4,5
4,3
5,4
5,6
5,9
5,3
5,5
4,3
5,9
5,4
2004
6,7
6,0
6,1
5,3
8,0
9,1
8,6
1999
6,9
6,4
6,1
5,1
5,9
5,1
7,0
6,7
6,0
5,6
7,5
8,2
6,4
2000
7,1
6,6
6,2
4,6
5,9
6,6
5,7
8,1
6,8
7,5
5,2
6,6
6,4
2001
7,4
6,7
8,3
6,0
5,2
5,8
5,7
7,6
5,7
7,4
7,0
9,1
6,8
2002
6,2
6,0
6,5
4,6
5,0
N/A N/A N/A N/A
4,6
N/A
7,9
5,8
2003
7,8
9,2
7,2
5,9
6,0
5,9
6,8
6,1
7,0
6,7
2004
8,0
6,6
6,5
6,4
7,1
6,6
5,5
5,2
5,3
7,0
6,1
1997
6,0
7,7
6,8
7,8
5,7
5,8
6,6
6,3
6,8
6,7
5,3
7,6
6,6
1998
5,4
6,7
7,5
6,0
6,5
6,5
6,3
6,6
6,0
5,9
5,4
5,6
6,2
1999
4,9
6,3
7,5
5,9
6,2
7,1
6,0
6,4
6,1
N/A N/A N/A
6,3
2000
6,2
6,6
6,8
6,5
5,7
6,3
5,8
N/A N/A N/A N/A N/A
6,2
2001
N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
5,3
5
2002
N/A N/A N/A N/A N/A N/A
5,1
5,7
4,9
2003
6,5
6,4
5,1
6,0
7,2
1997
4,0
6,0
5,4
6,7
6,1
6,9
1996
BODRUM
5,5
2002
1998
GELENDOST
7 5,2
4,7
6,0
6,9
1997
FOCA
4,4
N/A N/A
5,1
4,6
4,5
6,4
5,2
6,8
4,5
6,4
5,8
6
5,9
3,8
5
6,0
7,3
4,4
3,7
N/A N/A N/A N/A
3,0
5,5
5,0
1998
3,6
5,3
6,1
4,8
4,9
4,6
5,2
4,2
5,0
5,1
3,0
N/A
4,7
1999
5,0
6,6
5,4
4,7
4,6
5,3
4,6
4,5
4,3
4,2
5,5
5,2
5,0
2000
5,3
5,2
5,6
6,3
3,9
4,7
4,8
5,2
3,9
4,1
3,0
5,3
4,8
2001
3,8
6,0
4,8
6,0
5,3
5,2
4,9
4,4
4,2
4,2
5,5
6,1
5,0
2002
4,2
4,3
5,0
4,9
4,7
4,6
4,7
4,5
3,7
4,0
4,1
4,3
4,4
2003
6,5
6,6
5,0
5,6
3,9
4,5
5,4
4,5
4,7
5,2
3,4
4,2
5,0
2004
5,1
6,1
5,4
5,3
4,8
4,4
-
5,2
30
KARABIGA
YER
YIL
O
Ş
1992 N/A N/A
M
N
5,1
M
H
T
A
E
E
NURDAGI
6,0
6,2
5,3
6
7,3
7,4
6
3,9
5,5
6,3
8
6
7
9
5,8
6,4
1994
6,1
6,6
7,2
5,5
5,1
5,3
7,9
6,5
6,3
8
N/A
6
6,4
1995
8,4
6,1
7
5,1
6,2
4,8
7,1
6,7
5,7
9
5,6
8,9
6,7
1996
8,1
7,5
8,7
-
1992
4,3
N/A N/A N/A
6,7
1993
5,1
5,7
5,3
6,8
6,7
9,5
12
11
1994
3,6
3,8
6,4
N/A N/A
6,9
15
12
1995
3
4,4
5,0
6,3
N/A
11
14
14
11
1996
4,5
5,0
4,0
5,6
-
5,7
4,4
4,9
5,3
3,8
4,6
4,4
5,5
4,4
4,8
5,7
4,8
4,6
5,3
4,4
4,5
4,9
4,2
4,5
3,9
4,2
N/A
5,1
1998 N/A N/A N/A N/A N/A N/A
4,8
4,4
5,0
5,0
4,5
4,3
4,7
1999
3,8
4,8
4,6
4,3
4,5
4,0
3,9
3,9
3,5
4,6
4,9
4,1
4,2
2000
4,7
4,6
4,7
4,6
3,6
4,4
5,0
4,7
4,5
4,3
4,1
3,6
4,4
2001
3,9
4,2
4,9
4,7
4,5
4,8
4,4
4,1
N/A N/A
5,3
5,2
4,6
2002
3,6
4,1
N/A N/A
3,4
4,4
3,5
3,5
3,3
4
3,5
4,8
3,8
2003 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A
3,6
3,6
4
4,1
4,3
4,0
1997
2004
4,6
4,8
4,3
4,6
8,0
4,6
11
2,2
1,9
2,0
2,2
2,1
13
3,9
1,9
3,6
-
2,6
2,4
2,6
2003 2004
11
3,3
4,2
3,8
6
3,9
4
7,5
10
4
N/A N/A
7,7
6,7
4
3,6
3,4
6,6
5
3,3
3,2
7,2
4,0
3,6
3,8
4,0
4,0
4,1
4,3 2,1
2,5
1,2
1,5
4,0
3,9
2,8
N/A
2,1 2,1
3,9
4,6
8
4,8
2003 2004
N/A N/A
ORT.
4,8
1996
SINOP
A
1993 N/A N/A N/A N/A
1991
TIRE KELES
K
3,7 4,0
-
Türkiye’de bulunan rüzgar ölçüm istasyonlarının verilerine göre, Türkiye‘nin % 64’ünde güç yoğunluğu 20 W/ m2 ‘yi geçmezken, % 16 ‘sında 30 – 40 W/m2 arasında, % 5.9 ‘ unda 50 W/ m2 ‘nin ve % 0.08 ‘ inde de 100 W/ m2 ‘ nin üzerindedir. Coğrafi bölgelerimize göre 10 metre yükseklikteki rüzgar hızları ve güç yoğunlukları aşağıdaki Tablo 2.5. ‘te verilmiştir.
Tablo 2.7. Türkiye ‘nin bölgeleri için oluşturulan rüzgar hızı ve enerji yoğunluğu değerleri Doğu Anadolu Karadeniz Akdeniz Đç Anadolu Ege Güney Doğu Anadolu Marmara
2,12 m/s 2,38 m/s 2,45 m/s 2,46 m/s 2,65 m/s 2,69 m/s 3,29 m/s
13,19 W/ m2 21,36 W/ m2 21,38 W/ m2 20,14 W/ m2 23,47 W/ m2 29,33 W/ m2 51,91 W/ m2
31
2.2.5. Türkiye’de Kapatılan ve Çalışan Đstasyonlarının Yerleri
Şekil 2.5. Kırklareli ve Muratlı’deki istasyonlar
Şekil 2.6. Çanakkale’deki istasyonlar
32
Şekil 2.7. Bursa’daki istasyonlar
Şekil 2.8. Sinop’taki istasyon
33
Şekil 2.9. Đzmir’deki istasyonlar
Şekil 2.10. Muğla’daki istasyonlar
34
Şekil 2.11. Konya’daki istasyonlar
Şekil 2.12. Đskenderun’daki istasyonlar
35
Şekil 2.13. Kayseri’deki istasyon
Şekil 2.14. Adıyaman’daki istasyonlar
36
Şekil 2.15. Siirt ve Batman’daki istasyonlar
Şekil 2.16. Van istasyon
37
Şekil 2.17. Kütahya’daki istasyon
Şekil 2.18. Biga’daki istasyon
38
Şekil 2.19. Erzincan’daki istasyonlar
Şekil 2.20. Gebze’deki istasyon
39
2.2.6. Türkiye’de Rüzgar Enerjisi Đçin Mümkün Hedefler
Rüzgar enerjisinin geliştirilmesine gereken önem verilerek pazar yaratıldığında Türk Endüstrisi rüzgar gücü santrallerinin imalatına kolayca adapte olabilecektir. Yeni kurulan rüzgar çiftliklerinin kuleleri yerel olarak imal edilmeye başlanmıştır.
Tablo 2.8.Türkiye’de yıllara göre rüzgar gücü hedefleri Yıl 2005 2010 2020
Kurulu Kapasite 5.00 MW 10.000 MW 20.000 MW
Türkiye için öngördüğümüz kurulu güç hedefleri ve bu kurulu kapasitenin Türkiye Endüstrisi tarafından imalatı durumunda yaratılabilecek iş potansiyeli aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Tablo 2.9. Türkiye rüzgar endüstri tarafından yaratılacak iş sayısı Yıl 2005 2010 2020
Yaratılan Đş Adam Yıl 100.000 200.000 400.000
Aşağıdaki tabloda ETKB’nin gelecek yıllar için öngördüğü kurulu güç kapasitesi içinde rüzgar enerjisi kullanımıyla oluşturulabilecek üretim kapasitesi payları verilmiştir.
Türkiye 2020 yılında kurmayı hedeflediği toplam elektrik enerjisi üretim kapasitesinin %18 ‘i kadar rüzgar güç santral kapasitesini mevcut altyapıda radikal değişiklikler yapmadan tesis edebilecektir. Bu hedefe ulaşılabilmesi için;
•
•
Türkiye’de rüzgar gücü tesisi için uzun vadeli hedefler konmalıdır.
Halen yenilenebilir enerji kaynakları ve enerjinin etkin kullanımını cezalandıran
kömür, akaryakıt ve doğal gaza sağlanan teşvikler ve sübvansiyonlar kaldırılmalıdır.
•
Enerji sektörüne ilişkin kararlar alınırken fosil ve nükleer güç santrallarının neden
olduğu toplumsal maliyetler ekonomik fizibilite çalışmalarında hesaba katılmalıdır.
40
BÖLÜM ÜÇ
RÜZGAR TÜRBĐNLERĐ VE GENERATÖRLERĐ 3.1. Rüzgar Türbinleri ve Sınıflandırılması
Rüzgar türbününe bağlı elektrik üretici, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Rüzgar enerjisi dönüştürme sistemleri 50W ile 2-3 MW arasında mekanik veya elektrik gücü sağlayabilmektedir. Havanın özgül kütlesi az olduğundan, rüzgardan sağlanacak enerji rüzgar hızına bağlıdır. Rüzgar hızı yükseklikle, gücü ise hızının kübü ile orantılı biçimde artar. rüzgarın sağlayacağı enerji, gücüne ve esme saati sayısına bağlıdır özgül rüzgar gücü, hava debisine dik birim yüzeye düşen güçtür. Topoğrafik koşullara göre yerden 50 m yükseklikte özgül güç, hız 3.5 m/s den küçük iken 50W/m2 den az olabileceği gibi hız 11.5 m/s den büyük iken 1800W/m2 den çok olabilir. Ortalama rüzgar hızı yıldan yıla değişebilir. Rüzgar hızının değişkenliğinden dolayı, rüzgar enerjisi potansiyelinden elde edilecek enerji, yıllık ortalama hız değerinden hesaplanan enerjiden daha fazla olmaktadır. Bu yüzden belli bir bölgede rüzgar türbünleri ile üretilebilecek elektrik enerjisi üretim miktarının hesabında, yıllık ortalama rüzgar hızından çok, gözlemlenene dağılım veya Weibull dağılımı ile hesap edilmiş rüzgar hızı sıklık dağılımı kullanılmaktadır. Türbün tarafından üretilen enerjinin miktarı, rüzgar hızı dağılımına bağlıdır. Rüzgar hızları, frekans dağılımına bağlı olarak, aynı ortalama rüzgar hızına sahip farklı yerlerde iki kata varabilecek güç yoğunluluğu farklılıkları olabilir. Bu durum küb çarpanından kaynaklanmaktadır. Güç Katsayısı (Power Coefficent): bir türbünün rüzgardaki enerjiyi elektriğe dönüştürme verimi olarak adlandırılır. Bu rüzgar türbinin enerji çıktısı aşağıdaki eşitlik ile belirlenir. P=1/2*d*v3*A*CP P, güç çıktısı; d, hava yoğunluğu; A, süpürme alanı; CP, Güç katsayısı; v, Rüzgar hızı Modern rüzgar türbünlerinde güç çıktısı rated power düzeyinde sınırlandırılır.
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 gelimiştir.
41
3.1.1. Eksen Yapısına Göre Rüzgar Türbinleri
3.1.1.1. Yatay Eksenli Türbinler
Bu tür türbinler, dönme eksenleri rüzgar yönüne paralel, kanatları ise rüzgar yönüne dik olarak çalışırlar.Bu tür türbinler bu konuma, rotor kule üzerinde döndürülerek getirilir.Yatay eksenli türbinlerin 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.
3.1.1.2. Düşey Eksenli Türbinler
Dönme eksenleri rüzgar yönüne dik ve düşey olan bu türbinlerin kanatları da düşeydir.Bu türbinlerin rüzgarı her yönden kabul edebilme üstünlüğü vardır.Kanatların güç üretebilmeleri için rüzgardan daha hızlı dönmeleri gerektiğinden, ilk harekete geçişleri güvenli değildir.Giromill ise açısı değiştirilebilen kanatlara sahip olduğundan, kendi başına çalışmaya başlayabilir.Düşey eksenli türbinlerin bir diğer üstünlüğü ise makina aksamı, hız yükselticisi ve jeneratörün toprak üzerine konulabilmesidir.Günümüzde çeşitli ülkelerdeki elektrik enerjisi üretimi uygulamalarının çoğunluğunu 2 veya 3 kanatlı yatay eksenli rüzgar türbinleri oluşturmaktadır.Büyük güçlü düşey eksenli uygulamalar da mevcuttur.
3.1.1.3. Eğik Eksenli Türbinler
Dönme eksenleri düşeyle rüzgar yönünde bir açı yapan rüzgar türbinleridir.Bu tip türbinlerin kanatları ile dönme eksenleri arasında belirli bir açı bulunmaktadır.
3.1.2. Pervane Kanat Sayısına Göre Rüzgar Türbinleri
Rüzgar türbinleri farklı kanat sayılarına sahiptir. Temel kural ise, kanat sayısının azalması ile, dönüş hızının artmasıdır. Bu dönüşüm ölçüsü olarak uç hız oranı denen bir parametre tanımlanmıştır. λ ile gösterilen bu oran, pervane dönüş hızının rüzgar hızına oranı olarak tanımlanır. Eğer λ=1 ise, pervanenin dönüş hızının rüzgar hızına eşit olduğu görülür.
42
3.1.2.1. Üç Kanatlı Rüzgar Türbini
Modern rüzgar türbinlerinde en çok kullanılan model üç kanatlı olandır. Bunun temel nedeni, pervanenin tüm hızlarda sabit atalet momentine sahip olmasıdır. Üç veya daha fazla kanada sahip olan tüm pervaneler bu avantaja sahiptir. Ayrıca, üç kanatlı pervane bu avantajından dolayı rüzgar türbinleri üzerinde ek bir yük getirmemektedir.
3.1.2.2. Đki Kanatlı Rüzgar Türbini
25 yıl öncesine kadar iki kanatlı rüzgar türbinleri yaygın bir şekilde kullanılırdı. 10 m’den 100 m’ye kadar değişen farklı pervane çaplarında Avrupa ve Amerika’da kullanılmıştır. Đki kanatlı rüzgar türbini, üç kanatlı rüzgar türbininden daha ekonomik gibi görünmesine rağmen, iki kanatlı rüzgar türbinleri dinamik etkilerden dolayı bir takım ek ekipmanlar gerektirdiğinden, üç kanatlı rüzgar ile aynı maliyete gelmektedir. Üç kanatlı rüzgar türbinden farklı olarak dönmeden meydana gelen ve kulenin yatay eksenine göre olan bir atalet momentine sahiptir. Bu durum rüzgar türbini üzerinde ek bir yüklemem meydana getirir ve sadece sallanan göbek ile giderilebilir. Sallanan göbek kullanılmasının nedeni, dönen pervane üzerinde büyük atalet moment değişimlerinin etkilerini önlemektedir. Ayrıca düşük şiddetteki rüzgar hızlarında (örneğin 3 m/s) pervane devreye girememektedir.
3.1.2.3. Tek Kanatlı Rüzgar Türbini
Tek kanatlı rüzgar türbinlerinin kullanımının temel amacı, pervanelere etkiyen yüksek rotasyonel hızın düşürülmesidir. Diğer yandan, tek kanatlı rüzgar türbini aerodinamik olarak dengesizdir ve bu durumda ek hareketler ile istenmeyen bazı yüklere sebep olur. Bu mekanizmayı kontrol etmek için, göbek kısmına ek yapılar yapmayı gerektirir. Diğer dezavantajlarından birisi de yüksek aerodinamik gürültü seviyesidir. Uç hız oranı, 120 m/s civarındaki üç kanatlı pervanelerle kıyaslandığında, uç hızı 2 kat daha yüksektir. Dolayısı ile üç kanatlı rüzgar türbinlerinden daha gürültülüdür.
43
3.2. Rüzgar Türbini Elemanları
Rüzgar türbinleri rüzgardaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bir rüzzgar türbini genel olarak; kule, elektrik jeneratörü, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektirk – elektronik elemanlar ve rüzgar pervanesinden oluşur.
Bir rüzgar türbini, çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule ve bunu üzerine yerleştirilmiş bir gövde ve rotordan oluşmaktadır. Kulenin yiksek olması, ayrıca yeryüzüne yakın rüzgar profilinin yüksek hızdaki kısmını kullanmaya da yarar. Rüzgarın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak, gövdedeki jenaratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya direkt olarak alıcılara ulaştırılarak kullanılır.
Şekil 3.1 Bir rüzgar türbininin elemanları
44
3.2.1. Rotor Kanatları Modern kanatların çoğu güçlendirilmiş fiber glass malzemeden (GRP ) yapılır. Epoxsy ve güçlendirilmiş fiber polyester buna örnek verilebilir. Karbon fiber kullanımı da diğer bir seçenektir. Ancak bu malzemeler türbin kanadı için ekonomik bir seçenek değildir.Ağaç , ağaç-epoxsy karışımı veya bunlar gibi değişik karışımlar kullanılmaz. Aynı zamanda aliminyum ve çelik kanatlarda sağlamlıklarına karşın ağırlıkları ile dezavantajlıdırlar. Bu tip malzemelerde yaşanan diğer bir problemde metal yorgunluğu oluşumudur. Bu tip kanatlar sadece küçük rüzgar türbinlerinde kullanılır.
3.2.2. Yaw mekanizması
YAW mekanizması türbinlerde rüzgarın sürekli rotora doğru yönelmesini sağlayan sistemdir.
Rüzgar türbinlerinde eğer rüzgar yönü rotora dik konumda ise bu duruma YAW hatası denir. Bu hata sonucu rotor enerjiden daha şekilde yararlanır.
Bu durum çıkış gücünün kontrolü ile belirlenir. Diğer yandan YAW mekanizması rotoru bu konumdan alarak rüzgara doğru yöneltir.
3.2.3. Kule
Kule, rüzgar türbinlerinde nacelle ve rotoru taşır. Kuleler genellikle tüp şeklinde çelik , kafes yapılı veya betonarme olarak inşa edilir. Halat destekli direk tipi kuleler genellikle küçük türbin uygulamalarında kullanılır.
Tüp şeklindeki kule şekli en çok tercih edilen kule şeklidir. Şekil 3.2 de tüp şeklinde kule kullanılan rüzgar türbinleri görülebilir. Genellikle 20 – 30 metre yükseklikte üretilir.
Kafes yapılı kuleler çelik profillerin kaynaklanarak birleştirilmesi ile oluşturulur. ( Şekil 3.3 ). En temel avantajları maliyetlerinin düşük olmasıdır. Benzer boyutlarda bir tüp kulenin hemen hemen yarısı kadar malzeme ve yapım maliyeti vardır.
45
Birçok küçük türbin halat destekli direk tipi kule kullanılarak inşa edilir. En büyük avantajı ağılığının çok az ve maliyetlerinin çok düşük olmasıdır. Şekil 3.4 te bir bu kule tipine bir örnek görülüyor. Dezavantajları ise araziye kurulum zorluğu ve tarım alanlarının kullanımını engellemesidir.
Şekil 3.2 Tüp kule
Şekil 3.3 Kafes yapılı kule
Şekil 3.4 Direk kule
3.3. Rüzgar Türbini Genaratörleri
Rüzgar türbin generatörleri mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir.Bunlar, şebekeye bağlanan diğer generatörlerle karşılaştırıldığında aralarında bir fark görürlür.Bu generatörler devamlı azalıp artan bir mekanik güç veren tahrik kaynağı ile çalışmak durumundadır.
3.3.1. Gerilim Üretme
Büyük güçlü rüzgar türbinlerinde (100-150 kw ve üzeri) üretilen 3 faz gerilim genellikle 690 V civarındadır.Üretilen akım daha sonra trafolara gönderilerek, gerilim şehir şebeke standartlarına bağlı olarak 10000-30000 V arasında bir değere yükseltilir.
3.3.2. Soğutma Sistemi
Generatörler çalışırken ısınır ve soğutma sistemine ihtiyaç duyulur. Türbinlerin çoğunda generatördeki hava kanallarından bir fan ile hava sirkülasyonu sağlanması metodu ile soğutulmaktadır. Fakat birkaç üretici firma su ile soğutulan generatörler kullanırlar.
Su ile soğutulan jeneratörler daha küçük yapılabilir. Ayrıca elektriksel olarak
46
daha sorunsuz ve verimlidir. Ancak bu sistemde soğutma suyu için sıvı tankı gereklidir. Bu tankın veya radyatörün nacelle ye yerleştirilmesi problem yaratır.
3.3.3. Generatörü Başlatma ve Durdurma
Büyük bir rüzgar türbin generatörünü devreye alma ve devreden çıkarma esnasında sıradan, rasgele bir anahtar kullanılırsa generatör , dişli kutusu ve yakın çevredeki şebeke akımı zarar görebilir.Kullanılacak anahtar generatör tasarımı göz önüne alınarak seçilir.
3.3.4. Generatör Seçimi ve Şebeke Bağlantısı
Rüzgar türbinleri senkron veya asenkron generatörlerle ve bu generatörlerin şebekeye doğrudan veya dolaylı bağlanmasıyla tasarlanır. Türbinler jeneratörün şebekeye bağlantı şekline göre çeşitli şekillerde seçilir. Direkt şebeke bağlantılı sistemlerde 3 fazlı A.C jeneratörler kullanılır. Đndirekt şebeke bağlantılı sistemle de üretilen gerilim çeşitli ara birimlerden geçirildikten sonra şebekeye uyumlu hale getirilir.
Rüzgar türbinlerinde kullanılan senkron rotorlarındaki doğru akım şebekeden alınan besleme ile sağlanır. Şebekeden alınan A.C doğrultularak D.C ye çevrilir. Daha sonra rotorun sargılarına fırçalar aracılığı ile iletilir. Jeneratörün kutup sayısına ve dönüş hızına bağlı olarak istenen frekansta gerilim üretilir. Aşağıda kutup sayısı ve dönüş hızına bağlı olarak frekans oluşumu tablosu verilmiştir.
Tablo 3.1. Generatör seçiminde şebeke bağlantısı Frekans Kutup Sayısı 2 4 6 8 10 12
50 Hz Dönüş Hızı(rpm) 3000 1500 1000 750 600 500
60 Hz Dönüş Hızı(rpm) 3600 1800 1200 900 720 600
Jeneratör hızı terimi sadece şebekeye bağlanan senkron makineler için geçerlidir. Asenkron jeneratörlerde böyle bir şey söz konusu değildir. Rüzgar türbinlerinde genellikle altı kutuplu makineler kullanılır. Jeneratörün düşük yada yüksek hızlarda olması
47
kullanılacağı türbinin büyüklüğüne ve maliyete bağlıdır. Büyük güçlü türbinlerde yavaş , küçük güçlülerde daha hızlı generatörler kullanılır.
Generatörün şebekeya doğrudan bağlantısında generatörden elde edilen gerilim, üzerinde hiçbir değişiklik yapılmadan direk şebekeye verilir.
Dolaylı şebeke bağlantısında ise elde edilen gerilim bir dizi elektriksel aygıt vasıtasıyla şebekeye uygun hale getirildikten sonra şebekeye verilir.
3.4. Rüzgar Gücünden Elektriksel Güç Elde Etmede Kullanılan Dönüşüm Sistemleri ve Kontrol Teknikleri
Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinde etkin olarak güç elektroniği devreleri kullanılmaktadır.Bu tür dizgeler üretilen enerjinin istenen forma çevrilmesinde ve amaçlanan kontrol mantığının gerçekleştirilmesinde önemli bir yer tutmaktadır.
Rüzgar enerjisinin elektriksel enerjiye dönüştürüldüğü sistemlerin çoğunda güç elektroniği teknikleri kullanılmaktadır.Bu tür sistemlerde üretilen enerjinin istenen forma çevrilmesi ve belirlenen kontrol mantığı çerçevesinde rüzgardan optimum enerji elde edilmesi amaçlanmaktadır.Yarı iletken teknolojisindeki gelişmeler, güç kapasitesi yüksek anahtarlama elemanları ve hızlı DSP işlemcilerini ortaya çıkarmış ve böylece rüzgar enerjisinden optimum güç elde edilmesini sağlayan sistemlerin tasarımına olanak sağlamıştır.
Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemleri, türbin hızı ve üretilen gerilimin frekansı esas alındığında çalışma prensiplerine göre 3 gruba ayrılabilir. a) Sabit hız, sabit frekans dönüşüm sistemleri b) Değişken hız, sabit frekans dönüşüm sistemleri c) Değişken hız, değişken frekans dönüşüm sistemleri
3.4.1. Sabit Hız Sabit Frekans Dönüşüm Sistemleri (SHSF)
Bu tür sistemlerde rüzgar türbininin mili generatöre, generatör stator terminalleri ise enterkonnekte sisteme doğrudan bağlanmaktadır.Generatör olarak senkron generatör veya indüksiyon generatör kullanılmaktadır.Senkron generatör kullanıldığı zaman ikaz akımı güç
48
elektroniği devreleri ile kontrol edilerek güç faktörü ayarlanabilir.Đndüksiyon generatör kullanılması durumunda rotor hızını senkron hızın üzerinde tutabilmek için türbin ile rotor arasında hz dönüşüm redüktörü kullanılmalıdır.
3.4.2. Değişken Hız Sabit Frekans Dönüşüm Sistemleri (DHSF)
Bir rüzgar türbininden elde edilebilecek güç aşağıdaki formül ile ifade edilmektedir : P = ½ Cp (λ λ) ρ A v³ watt Burada Cp rüzgar türbinin güç katsayısı olup θ ve λ parametrelerine bağlı olarak değişir. ρ rüzgar türbininin A alanından geçen hava yoğunluğu, v ise rüzgar hızıdır. λ parametresi uç-hız oranıdır ve şu şekilde ifade edilir: λ = ω1 r / v ω1 türbin milinin açısal dönüş hızı, r türbin yarıçapı, θ ise türbin kanat açısıdır. Rüzgar hızının değiştiği durumlarda uç – hız oranı optimum bir değerde tutulmak suretiyle rüzgardan elde edilecek gücün maksimum transferi sağlanabilir.Rüzgar türbininden maksimum güç elde etmek için uç – hız oranı, kanat aralık açısı değiştirilmek suretiyle optimum değerde tutulabilir. Burada generatör çıkışı değişken gerilim ve frekansta olacağından enterkonnekte şebekeye direkt bağlanamaz.Generatör çıkışlarını şebeke gerilim ve frekansı ile uyumlandırmak için bir ac – dc – ac çevirgeç yardımıyla üretilen enerji önce dc daha sonra da ac forma çevrilebilir.
3.4.2.1. Değişik Frekansta Alternatif Akım Üretme
Burada rüzgar türbin generatörü mini bir ac şebeke ile çalışmaktadır.Bu mini elektrik şebeklesi elektronik olarak inverter kullanmak suretiyle kontrol edilmektedir.Generetörün stator kısmında üretilen alternatif akımın frekansı değişkendir.Çünkü türbin pervaneleri değişik hızlarda çalışmaktadır.Generatörden önce devir sayısını dişliler yardımıyla arttıran bir dişli kutusu bulunmaktadır.
49
3.4.2.2 DC Akıma Dönüştürme
Değişken frekanslı alternatif akım şehir şebekesinde kullanılmamaktadır.Bu yüzden önce tristörler veya büyük üçlü transistörler kullanılarak doğru akıma çevrilir.
3.4.2.3. Sabit Frekanslı Alternatif Akıma Dönüştürme
Değişken frekanslı alternatif akımdan elde edilen doğru akım, inverterler vasıtasıyla şehir şebekesiyle aynı frekansta olacak şekilde alternatif akıma dönüştürülür.Đnverterlerle yapılan bu işlem ayrıca transistör ve tristör aracılığıyla da yapılabilir.
Đnverterler yardımıyla elde edilen alternatif akım düzgün bir sinüs eğrisi şeklinde seyretmez.Gerilim ve akımda ani sıçramalar görülür.
3.4.2.4 Alternatif Akımın Filtre Edilmesi
Uygun endüktans ve kapasitanslar kullanılarak, elde edilen alternatif akım daha düzgün bir hale getirilir yani filtre edilir(AC filtre mekanizması).Đğne uçlu gerilim yükselmeleri böylece ortadan kaldırılır. Değişken hız uygulaması bilezikli indüksiyon generatöründe rotor dirençleri değiştirilerek sağlanmaktadır.Bu sistemde indüksiyon generatörü çıkışlar bir çevirgece gereksinim olmadan doğrudan enterkonnekte şebekeye bağlanabilmektedir.Rotor dirençleri değiştirilmek suretiyle indüksiyon generatörün tork – hız eğrisi değiştirilerek güç akışı kontrol edilmektedir. Buradaki sistemde makinanın rotor dirençlerinde kaybolabilecek enerji (rotor terminalleri kısa devre edildiğinde veya dirençle sonlandırıldığında), bir ac– dc–ac çevirgeç yardımıyla kaynağa geri gönderilmektedir.Sistemin dinamik denklemi yazılacak olursa: Ta = J dω ω = Tw - Td dt Burada ; Ta : hızlanma torku (Nm) Tw : rüzgar türbininden elde edilen tork (Nm)
50
Td : indüksiyon generatörünün ürettiği tork (Nm) J : tüm sistemin eylemsizlik momenti (kgm²) ω
: rotor milinin açısal hızı (rad/s)
Tω rüzgar hızı ile mil hızının bir fonksiyonudur.Td ise mil hızı ve rotor direncinin bir fonksiyonudur.Đndüksiyon generatörünün ürettiği tork, mil hızı sabit kaldığı sürece, rotor direnci arttıkça azalır veya tersi olarak azaldıkça artar.Buna göre Ta
değeri 0 olacak
şekilde, türbin hızı artma eğilimi gösteriyorsa (J dω /dt > 0 ) rotor direnci azaltılır veya azalma eğilimindeyse (J dω / dt < 0) rotor direnci arttırılır. Böylece rotor direnci değiştirilerek indüksiyon generatörü sabit hız uygulamasından değişken hız uygulamasına geçer ve türbin verimi optimum değerinde tutulmuş olur.
Değişken hız uygulaması eğer indüksiyon generatörü kullanılıyorsa PWM çevirgeçlerle sağlanır. Bu sistemde indüksiyon generatörlerinin reaktif güç gereksinimi PWM çevirgeçler, tarafından
sağlanmaktadır.
PWM
çevirgeçlerin
kontrolü
bulanık
mantıkla
gerçekleştirilmektedir. Sistemde 3 tane bulanık mantık kontrolü vardır. Bunlar sırayla generatör hız izleme kontrolü, generatör akı programlama kontrolü ve kapalı çevrim generatör hız kontrolüdür. Generatör hız izleme kontrolünde herhangibir rüzgar hızında sistemin maksimum güç noktası tespit edilir ve generatörün hızı maksimum güç verilecek şekilde ayarlanır. Generatör akı programlama kontrolünde rotor akısı kontrol edilerek makinanın demir kayıpları azalır dolayısıyla sistemin verimi artmış olur. Kapalı çevrim generatör hız kontrolüyle rüzgardaki çok ani değişimleri ve türbindeki salınım torklarına karşı dayanıklı hız kontrolü gerçekleştirilmektedir.
Fırçasız çift beslemeli indüksiyon generatör kullanıldığında stator kısmında farklı kutup sayılarında 2 adet sargı bulunmakta olup sırayla güç sargıları ve kontrol sargıları olarak adlandırılmaktadır. Stator sargı frekansları ile rotor mil hızı arasındaki ilişki şu şekildedir: fc = fr ( Pp + Pc ) – fp Burada Pp ve Pc sırasıyla güç ve kontrol sargılarının kutup sayısı fp şebeke frekansı fr mil hızı fc gerekli kontol sargıları frekansı
51
Buradaki sistemde kullanılan PWM çevirgeçler yardımıyla indüksiyon generatörünün kontrol sargıları frekansı ayarlanarak generatör mil hızı kontrol edlilmekte ve değişken hız uygulaması sağlanmaktadır.
3.4.3 Değişken Hız Değişken Frekans Dönüşüm Sistemleri
Üretilen enerjinin enterkonnekte şebekeye bağlanması zorunluluğu olmayan otonom sistemlerde kullanılır. Bu tür sistemlerde kenel olarak kapasitör yardımıyla kendinden uyartımlı indüksiyon generatörler, alan sargılı senkron generatörler veya sabit mıknatıslı alternatörler kullanılır. Generatör çıkışları bir kontrollü ac – dc doğrultucu yardımıyla doğru akıma çevrilip batarya şarjında kullanılabilir.Kontrol edilmesi gereken parametreler çıkış voltaj seviyesi olup değişen rüzgar hızı koşullarına göre uyartımı sağlayan indüksiyon generatörün mıknatıslanma akımını sağlayan kapasitörlerin değerinin denetlenmesi gerekir.Alan sargılı senkron generatörlerde hem ikaz akımı hem de kontrollü ac/dc doğrultucu yardımıyla çıkış gerilimi denetlenebilir.
Rüzgar hızının aşırı yükseldiği durumlarda türbini korumak amacıyla kanat aralık açısı değiştirilir. Böyle bir sistemde çıkış gücü kontrol değişkeni olarak kullanılır. Buna göre sistemin dinamik denklemi şöyledir: J ω1x dω ω1 / dt = P1 (ω ω1) + Pm (ω ω1)
Buradan da görüleceği gibi rüzgar hızı arttıkça J ω1x dω1 / dt > 0 olur ve türbin daha fazla güç üretmeye başlar. Benzer şekilde rüzgar hızı azaldıkça J ω1x dω1 / dt< 0 olur ve türbin gücü düşer. Buna göre batarya ve yükün güç ihtiyacına bağlı olarak dc referans akımı ayarlanır. Böylece sistemin maksimum güç veya gerilim / akım kontrolü altında çalışması sağlanır.
52
BÖLÜM DÖRT
RÜZGAR OLUŞUMU VE RÜZGAR ENERJĐSĐ METODOLOJĐSĐ 4.1.Giriş
Rüzgar enerjisiinin kaynağı güneştir. Rüzgar, yeryüzünün eşit olmayan ısınması ve soğuması sonucu ortaya çıkan kuvvetlerin etkisi ile oluşan hava hareketleridir. Rüzgar enerjisinden yararlanmanın en önemli böümü ise, rüzgar enerjisi potansiyelinin doğru bir şekilde belirlenmesidir.
4.2. Rüzgar Potansiyelinin Belirlenmsi
Bir bölgenin rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesinde, ham verilerin işlenmesi yoluyla elde edilmiş olan istatistiksel veriler kullanılır. Bu amaçla kullanılan istatistiksel metotlar arasında en yaygın kullanılan iki tanesi Rayleigh ve Weibull dağılımlarıdır. Rayleigh dağılımı, frekans dağılımı hesabı için sadece ortalama hıza ihtiyaç duyan bir dağılım olduğu için kullanımı daha kolaydır fakat Weibull dağılımının sahip olduğu hassasiyet derecesine sahip değildir. Şekil’de Đskenderun yöresinde yapılan ölçüm sonuçları kullanılarak Weibull ve Rayleigh dağılımları ile elde edilmiş sonuçların hata kıyaslaması yapılmaktadır.
53
Şekil 4.1 Weibull ve Rayleigh modellerindeki hata yüzdeleri
Bu örnekte yıllık ortalama enerji hesabında, Weibull dağılımı kullanıldığında % 4,9 hata yapılmakta iken Rayleigh dağılımı ile yapılan hesabın içerdiği hata % 36,5’tir. Bu örnekte de daha düşük hata yüzdesine sahip olduğu görülen Weibull dağılımı rüzgar enerjisi konusundaki çalışmalarda tercih edilen metottur. Verilen işlenmesi yoluyla elde edilen Weibull parametreleri kullanılarak herhangi bir rüzgar hızının frekansı konusunda hassas bir tahminde bulunmak mümkün olabilmektedir. Weibull olasılık yoğunluğu fonksiyonu şu şekilde tanımlanabilir. Weibull olasılık yoğunluğu fonksiyonu, rüzgarın herhangi bir hızda esme sıklığını gösteren fonksiyondur ve buna rüzgar hızı frekansı adı da verilir. Olasılık yoğunluğu fonksiyonunun elde edilmesi, şekil katsayısı (k) ile büyüklük katsayısı (c)’ nin bilinmesini gerektirir ve bu iki katsayı, ortalama hız ile standart sapmanın fonksiyonudur. Weibull şekil katsayısı (k), oluşacak olasılık yoğunluğu eğrisinin biçimi konusunda da fikir vermektedir. Bu katsayının büyümesi ile eğri daha sivrilmekte ve hız değişimi aralığı daralmakta iken, değerin düşmesi eğrinin daha fazla hız değerinin içerecek şekilde yayılması sonucunu vermektedir. Şekil katsayısının olasılık dağılımı üzerindeki etkisi şekil’de görülmektedir.
Şekil 4.2 Weibull şekil katsayısının hız dağılımına etkisi
54
4.3. Rüzgar Oluşumuna Etki Eden Kuvvetler
Havanın dünya yüzeyi üzerinde hareket edebilmesi için, ona bir takım kuvvetlerin uygulanmasına gerek vardır. Rüzgarı meydana getiren ve rüzgarın hızına etki eden atmosfer içindeki belli başlı kuvvetler şunlardır: 1) Basınç gradyan kuvveti, 2) Coriolis kuvveti, 3) Merkezkaç kuvveti, 4) Sürtünme kuvveti.
Basınç gradyan kuvveti, havayı yüksek basınçtan alçak basınca doğru akıtmaya çalışacak şekilde etki eder.
Coriolis kuvvetine, yer dönmesinin saptırıcı kuvveti de denir.
Rüzgarlar, genel olarak bir merkez etrafında dolanırlar. Bu hareketin neticesi olarak da,kendilerini dolanım merkezlerinden uzaklaştırmak isteyen bir kuvvet etkisi altında bulunurlar.
Bu kuvvete, merkezkaç kuvveti denilmektedir. Merkezkaç kuvvetinin birim kütleye etki eden ivmesi, a, a= Vr^2/r bağıntısıyla verilir. Bu bağıntıda, Vr Rüzgarın hızı (m/s), r Rüzgarın dolanım yarıçapıdır (m).
Rüzgarın meydana getirilmesinde etkili olmayan sürtünme kuvveti, rüzgar hızını yavaşlatmaya çalışır. Bu kuvvet, yer yakınında en büyüktür ve türbülanslar tarafından yukarıya taşınır. Rüzgarın sürtünmesinden doğan bu kuvvet, yer üstünde 450-600 m’ yüksekliğe kadar rüzgarı yavaşlatmaktadır.
Sürtünme katsayısını K gösterirse, Vr hızıyla esmekte olan rüzgara tesir eden sürtünme kuvveti değeri iki parametrenin çarpımına eşittir.
55
4.4. Rüzgar Enerjisi Metodolojisi
Bilindiği gibi, hareket halindeki her cisim kinetik enerjiye sahiptir. Rüzgar da hareket halinde bir hava akımı olduğundan kinetik enerjiye sahiptir.Kinetik Enerji (E) eşitliği,
ile verilmektedir. Burada m hareket eden cismin kütlesi, V ise hızıdır. Özgül kütle ρ olmak üzere, eşitlikteki m kütlesi,
şeklinde yazılır ve burada H, hacmi ifade etmektedir. Eğer rüzgar esme yönüne dik alan A ile, rüzgar yönündeki uzunlukta U ile gösterilirse bu durumda hacim,
ile ifade edilir. V rüzgar hızında ve t süresinde kat edilecek mesafe ise,
şeklinde olur. Böylece, ikinci denklemi birinci denklemde yerine koyacak olursak,
denklemi elde edilmiş olur. Burada t=1 ve A=1 alınırsa, birim zamanda birim alandaki enerjiyi EB yani rüzgarın bir noktadaki enerjisi elde edilir.
Havanın özgül kütlesi (ρ ) deniz seviyesinde standart atmosfer şartlarında 1.223 kg/m3 dir. Rüzgar enerjisi analizinde kullanılan birimler, kg , m ,s ,Watt’tır.
56
SONUÇ
Yeryüzünde gün geçtikçe artan nüfusu göz önüne alırsak ve enerjinin temel bir gereksinim olduğu düşünürsek, her geçen gün enerji ihtiyacımız daha çok artacakatır. Kömürün 230 yıl, petrolün 38 ve doğal gazın 60 yıl sonra tükeneceğini göz önüne alırsak alternatif enerji kaynaklarına süratle yönelmemiz gerekir. Rüzgarda bu alternatif emerji kaynaklarından bir tanesidir.
Bu yüzden, dünya açısından çevreyi kirletmemeyen, ekonomik olan, ülkemiz açısından da dış ülkelere bağımlılığı olmayan
rüzgar enerjisine, yatırımların artırılması rüzgar
potansiyelinden faydalanılması bir zorunluluk haline gelmektedir.
57
KAYNAKLAR 1) “DEÜ MÜHENDĐSLĐK FAKÜLTESĐ FEN ve MÜHENDĐSLĐK DERGĐSĐ” Cilt:4 Sayı:3 sh. 159- 173 Ekim 2002 , Önder Özgener
2) Arda Akşit Bitirme Projesi, 2002
3) T.C Enerji ve Tabii kaynaklar Bakanlığı Açıklamaları
4) “ Dünya’da Rüzgar Enerjisi Kaynak Potansiyeli ” Dr. Atiilla Akalın
5) Devlet Meteoroloji Đşleri Genel Müdürlüğü
6) “ Türkiye Enerji Sektöründe Karar Verme ve Rüzgar Enerjisinin Entegrasyonu ” Dr. Tanay Sıktı Uyar 7) 11/10/2002 tarih ve 24903 sayılı Resmi Gazetede yayımlanarak yürürlülüğe giren “Rüzgar Ölçümlerine Đlişkin Tebliğ”
8) Đnternet; www.eie.gov.tr http://web.gyte.edu.tr/Ruzgarenerjisi
www.ruzgarenerjisibirligi.org.tr www.alternaturk.org
58
