Rüzgar Türbine bitirme projesi

ÜÇ KANATLI RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI ve KANAT YAPISININ İNCELENMESİ MM 424 Makina Mühendisliği Uygulamaları -II-

Eray ERIŞIK 091150035

Makine Mühendisliği Bölümü Mühendislik Fakültesi Gazi Üniversitesi Maltepe, 06570 Ankara

Haziran, 2014

ÖZET

Dünyada her geçen gün tüketilen enerji miktarı artmaktadır. Bu yüzden enerji elde etmek için fosil yakıtların dışında enerji araştırmaları büyük önem kazanmaktadır. Bugün bu enerji türlerinden biri olan, dünyanın her yerinde var olan ve her zaman bulunan rüzgar enerjisi olduğunu biliyoruz. Rüzgar enerjisini diğer fosil yakıtlarla kıyasladığımızda bir çok üstünlüğü

olduğunu

görmekteyiz.

Bunların

en önemlisi çevreyi

kirletmeyişi ve güneş var olduğu sürece hep var olacak oluşudur.

Bu tezde, rüzgar enerjisi ve türbin çeşitleri açıklandı, ayrıca istenilen güç hesabının yapılabilmesi için aerodinamik bağıntılar ve terimler açıklandı.

Bu tezin amacı Sinop şehri şartlarında 0.5 kW'lık güç üretebilen 3 kanatlı modern bir rüzgar türbini tasarlamaktır. Daha sonra belirlenen türbin özelliklerine göre burulan kanat tasarımı CATIA programında tasarlanmış ve ANSYS WORKBENCH programında 4 farklı rüzgar hızı için aerodinamik performansı izlenmiştir. Sonuçları değerlendirmek amacıyla Fluent programında elde edilen tork değerleriyle teorik olarak oluşan tork değeri kıyaslanmıştır.

Anahtar kelimeler: Rüzgar enerjisi, 3 kanatlı rüzgar türbini, Kanat HAD analizi

ABSTRACT

With an increasing energy consumption in the world, it will be getting important to investigate alternative methods of generating power in ways different than fossil fuels. Today we know that one of the biggest sources of energy is all around of us all of the time is, the wind. The wind as a source of energy has many benefits, when we compare it to other fossil fuels. Most important benefits of wind power is that it does not pollute the environment and the wind will always occur as long as sun present its existance.

In this thesis, wind energy was presented and the types of wind turbines

were

explained.

Also

it

presented

the

aerodynamics

calculation theories and terms which needed to identify generated power from the turbine.

This thesis is aimed at designing a 3 blade horizontal axis modern wind turbine which generates 0.5kW power under the urban city conditions located in Sinop. After identifying the features of wind turbine according to wind speed, 3D twisted airfoil is designed in CATIA then it is inserted to ANSYS WORKBENCH, in ANSYS FLUENT program numerical analysis of 4 different wind speed to identify aerodynamic performance of the airfoil. To evaluate results the torque calculated in FLUENT and theorical torque were compared.

Keywords: Wind energy, 3 blade wind turbine, Blade CFD analysis

TEŞEKKÜR

Çalışmalarım ve öğrencilik hayatım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren ve hiçbir zaman desteğini esirgemeyen Hocam Yrd. Doç. Dr. Nureddin Dinler'e, bilgisayar destekli tasarım konusunda değerli katkılarından dolayı CATIA katı modelleme programı Hocam Yrd. Doç. Dr. İsmail Şahin'e, çalışmalarım boyunca analiz aşamasında beni destekleyen meslektaşım Makina Mühendisi Uğur İnanç'a ve Arş. Gör. Fatih Aktaş'a teşekkürü borç bilirim.

Ayrıca öğrenim hayatım boyunca manevi desteğiyle beni yalnız bırakmayan annem Aysun Yıldıran'a teşekkürü borç bilirim.

İÇİNDEKİLER Sayfa 1.

RÜZGAR ENERJİSİ..........................................................................1 1.1. Rüzgarın Tanımı ve Özellikleri...............................................................1

2.

RÜZGÂR ENERJİSİNİN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI..............3 2.1. Avantajları..............................................................................................3 2.2. Dezavantajları........................................................................................4

3.

RÜZGAR GÜCÜ TARİHÇESİ............................................................6

4.

DÜNYADA VE TÜRKİYEDE RÜZGAR ENERJİSİ DURUMU.........10 4.1. Dünyada Rüzgar Enerjisi Durumu.......................................................10 4.2. Türkiyede Rüzgar Enerjisi Durumu......................................................13

5.

RÜZGAR TÜRBİNİ ÇEŞİTLERİ......................................................16 5.1. Güçlerine Göre Sınıflandırılması.........................................................16 5.2. Rüzgar ile Kanat Etkileşimine Göre Sınıflandırılması.........................16 5.3. Kontrol Sistemlerine Göre Sınıflandırılması........................................16 5.4. Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri (YERT)..............................................17 5.4.1. Rüzgarı önden alan rüzgar türbinleri............................................19 5.4.2. Rüzgarı arkadan alan rüzgar türbinleri.........................................20 5.4.3. Tek kanatlı rüzgar türbinleri...........................................................21 5.4.4. Çift kanatlı rüzgar türbinleri...........................................................21 5.4.5. Üç kanatlı rüzgar türbinleri (Danish concept)................................22 5.4.6. Çok kanatlı rüzgar türbinleri..........................................................23 5.5. Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri (DERT)............................................24 5.5.1. Savonious rüzgar türbinleri...........................................................25 5.5.2. Darrieus rüzgar türbinleri..............................................................26

5.5.3. H-darrieus rüzgar türbini...............................................................27 5.6. Eğik Eksenli Rüzgar Türbinleri (Wagner Rüzgar Türbinleri)................27 5.7. Rüzgar Türbinlerinin Birbirleriyle Karşılaştırılması..............................27 6.

RÜZGAR TÜRBİNİ TEMEL ELEMANLARI.....................................30 6.1. Kule......................................................................................................31 6.2. Kanat....................................................................................................31 6.3. Nasel....................................................................................................32 6.3.1. Ana yatak.......................................................................................32 6.3.2. Dönen yatak..................................................................................33 6.3.3.Sapma mekanizması......................................................................33 6.3.4. Jeneratör.......................................................................................33 6.3.5. Dişli kutusu....................................................................................33 6.3.6. Fren sistemi...................................................................................33 6.3.6.1 Kanat ucu fren sistemi.............................................................34 6.3.6.2. Mekanik Fren sistemi.............................................................34 6.3.7. Hidrolik sistem...............................................................................34 6.3.8. Göbek (Hub)..................................................................................34

7.

TÜRBİN KANADI AERODİNAMİĞİ VE RÜZGAR YÜKÜ................35 7.1. Geliştirilmiş Olan Teoriler.....................................................................37 7.1.1. İdeal disk teorisi............................................................................37 7.1.2. Kanat Elemanı Teorisi...................................................................43 7.2. Kanat Profil Kayıpları...........................................................................48 7.2.1. Kanat uç kayıpları.........................................................................48 7.2.2. Direnç kuvvetinden kaynaklanan profil kayıpları..........................49

8.

KANAT YAPISININ İNCELENMESİ.................................................50 8.1. Kanat Üretim Safhaları;.......................................................................53

8.2. Kanat Üretiminde Kullanılan Temel Malzemeler..................................54 8.2.1. Epoksi reçine ve cam fiber............................................................54 8.2.2. Ara malzemeler.............................................................................55 9.

KANAT KATI MODELİNİN ÇİZİLMESİ............................................56

10.

AKIŞ HACMİNİN OLUŞTURULMASI (FLUİD DOMAİN)................64

11.

ÇÖZÜM AĞ (MESH) YAPISININ OLUŞTURULMASI.....................66

11.1 Çözüm Ağı...........................................................................................66 11.2 Çözüm Ağından Bağımsızlık...............................................................71 12.

HEsaplamalı akışkanlar dinamiği(HAD-cfd)....................................74

12.1 Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Hesaplama Adımları.....................74 12.2 Sınır Şartlarının Tanımlanması...........................................................75 12.2.1. Duvar sınır şartı...........................................................................76 12.2.2. İçeri akış, dışarı akış (Inlet, Outlet).............................................77 12.2.3 Simetri (Symmetry)......................................................................78 12.2.4 Periyodik sınır şartı......................................................................78 13.

FLUENT MODÜLÜNDE ÇÖZÜM VE SONUÇLAR.........................79

14.

SONUÇ VE ÖNERİLER..................................................................95

KAYNAKLAR.................................................................................................97 EKLER......................................................................................................100 EK-1.

NACA 2412 Damla Yapısı........................................................101

EK-2.

Kanat Kordinat Verileri..............................................................102

EK-3.

Y+ değerleri grafikleri...............................................................104

EK-4

Sinop ili rüzgar hızı dağılımı........................................................106

ÇİZELGELERİN LİSTESİ

Çizelge

Sayfa

Çizelge 4.1 En çok rüzgar enerjisini kullanan 10 ülkedeki rüzgar enerjisi kapasitesinin tablo olarak gösterimi [EWEA, 10.12.2013]. 12 Çizelge 5.1 Büyüklüklerine Göre Türbinlerin Kıyaslanması [Öztürk, 2008]. 27 Çizelge 5.2 Rüzgarı Alış Yönüne Göre Türbinlerin Kıyaslanması [Öztürk, 2008]. 28 Çizelge 5.3 Kanat Çeşitlerine Göre Türbinlerin Karşılaştırılması [Öztürk, 2008]. 28 Çizelge 5.4 Kullanılmakta olan rüzgar türbinleri ve bunların kullanım yerleri [Öztürk, 2008].

29

Çizelge 9.1 NACA 2412 kanat profili değerleri

57

Çizelge 9.2 İstasyon boyunca kanat kort uzunluğu ve bağlama açısı

59

Çizelge 11.1 Farklı eleman sayılı çözüm hacimleri ve elde edilen sonuçlar 71 Çizelge 13.1 Teorik olarak hesaplanan tork değerleri

79

Çizelge 13.2 Fluent modülünde hesaplanan tork değerleri

80

Çizelge 13.3 Hız-Reynold sayısı

81

Çizelge 13.4 Elde edilen en büyük y+ değeri

81

Çizelge 13.5 Rüzgar hızı ve kanat üzerindeki basınç ile hız değerlerinin değişimi 93

ŞEKİLLERİN LİSTESİ

Şekil

Sayfa

Şekil 4.1 Dünya çapında eklenen yıllık rüzgar enerjisi kapasitesi (MW)1996-2012 [EWEA, 12.10.2013].

10

Şekil 4.2 Dünya çapında toplam yıllık rüzgar enerjisi kapasitesi (MW) 1996-2012 [EWEA,12.10.2013].

11

Şekil 4.3 En çok rüzgar enerjisini kullanan 10 ülkedeki rüzgar enerjisi kapasitesi grafiksel olarak gösterimi [EWEA,10.12.2013].

11

Şekil 4.4 Türkiye'deki kurulu güç bakımından (MW) rüzgar enerjisinin yıllara göre dağılımı (1998-2012), [TUREB, 20.12.2013].

13

Şekil 4.5 Türkiye'deki rüzgar enerji santrallerinin bölgelere göre dağılımı [TUREB, 20.12.2013]. 14 Şekil 4.6 Türkiye'deki rüzgar enerjisi santrallerinin markalara göre oranı [TUREB, 20.12.2013]. 14 Şekil 5.1 Savonious tipli bir rüzgar türbini [Busby, 2012].

25

Şekil 5.2 Darrieus tipli bir rüzgar türbini [Busby, 2012].

26

Şekil 6.1 Bir rüzgar türbininin naselinin üzerindeki ekipmanlar ve konumları [Busby, 2012].

32

Şekil 7.1 Kanat üzerindeki kaldırma ve sürükleme kuvveti ile bileşke kuvvetin görünümü[Hansen, 2008].

35

Şekil 7.2 Akım tüpündeki hareketli diskten geçen ideallestirilmis akıs [Önder, 2006]

38

Şekil 7.3 Akım tüpü boyunca hız ve basınç dağılım [Önder, 2006]

38

Şekil 7.4 Kanat elemanlarının görünüşü [Ingram, 2011].

43

Şekil 7.5 Kanat bağlama ve hücum açısı gösterimi [Önder, 2006]

44

Şekil 9.1 Cl-Cd değişim grafiği (NACA 2412, airfoiltool, 2014)

57

Şekil 9.2 Cl- α

57

değişim grafiği (NACA 2412, airfoiltool, 2014)

Şekil 9.3 Kort uzunluğunun istasyon uzaklığına göre eğrisi

59

Şekil 9.4 Bağlama açısının istasyon uzaklığına göre eğrisi

60

Şekil 13.1 Teorik tork ve Fluent modülünde hesaplanan tork değerinin grafiksel olarak gösterimi

80

Şekil 13.2 Elde edilen maksimum Y+ değerlerinin Reynold sayısına göre ilişkisi 81 Şekil 13.3 Rüzgar hızı ve kanat üzerindeki en yüksek ve en düşük basınç değerlerinin değişimini gösteren grafik 94 Şekil 13.4 Rüzgar hızı ve kanat üzerindeki en yüksek ve en düşük hız değerlerinin değişimini gösteren grafik Şekil 23 y+değerleri rüzgar hızı 5 m/s 104 Şekil 24

y+değerleri rüzgar hızı 10 m/s 104

Şekil 25

y+değerleri rüzgar hızı 15 m/s 105

Şekil 26 y+değerleri rüzgar hızı 20 m/s 105

94

RESİMLERİN LİSTESİ

Resim

Sayfa

Resim 2.1 Hollanda'daki bir rüzgâr çiftliği, hayvancılık amacıyla da kullanılabilmektedir [Durak ve Özer, 2008].

4

Resim 3.1 Hollanda'daki geleneksel bir yel değirmeni [Fanchi, 2005].

6

Resim 3.2 Altamont’daki (Kaliforniya)eski sistem bir rüzgar türbini tarlası [Busby, 2012]. 7 Resim 3.3 Rüzgar türbinlerinin kapasitelerinin ve boylarının tarihsel gelişimi [Busby, 2012].

8

Resim 3.4 Danimarka'daki (Kopenhag) deniz üzeri rüzgar santrali [Busby, 2012]. 9 Resim 4.1 TürkiyeRüzgarenerjisiharitası [YEGM, 20.12.2013].

15

Resim 4.2 Türkiye ortalama yıllık rüzgar hızı dağılımı [ETKB, 20.12.2013]. 15 Resim 5.1 Yatay eksenli bir rüzgar türbini [TUREB, 2013].

18

Resim 5.2 Rüzgarı önden alan bir rüzgar türbini [Chiras, 2009].

19

Resim 5.3 Rüzgarı arkadan alan rüzgar türbini [Chiras, 2009].

20

Resim 5.4 Hollanda'da Rotterdam yakınlarında bulunan üç kanatlı modern bir rüzgar türbini [Fanchi, 2005]. 22 Resim 5.5 Çok kanatlı bir rüzgar türbini [Chiras, 2009].

23

Resim 6.1 Bir rüzgar türbininin önden ve yandan görünüşü [Durak ve Özer, 2008].

30

Resim 9.1 Ötelenmiş düzlemlerin görüntüsü

60

Resim 9.2 Her istasyondaki çizimi yapılan çizimlerin görünümü

61

Resim 9.3 Multi-section komutu uygulanmış hali

61

Resim 9.4 Modellenmesi tamamlanan kanatın NACA 2412 isimli kanatın üç görünüşü 62 Resim 9.5 Modellenmesi tamamlanan fx84w127 isimli kanat

63

Resim 10.1 Akış hacmi ölçüleri

64

Resim 10.2 3-Boyutlu akış hacmi görünüşü

65

Resim 10.3 Kanatın akış hacmi içerisindeki konumu

65

Resim 11.1 Arzu edilen skewness değer aralıkları (ANSYS tutorial ,2010) 67 Resim 11.2 Elde edilen skewness değerleri

67

Resim 11.3 560 452 eleman sayısına sahip çözüm ağı

68

Resim 11.4 1 459 528 eleman sayılı çözüm ağı

68


69


69

Resim 11.7 Oluşturulan ağ yapısının kanat yüzeyinde yakından görünüşü 70 Resim 11.8 560 452 eleman sayılı çözüm hacmi için hız konturu

72

Resim 11.9 1 459 528 eleman sayılı çözüm hacmi için hız konturu

72


73


73

Resim 12.1 Tanımlanan sınır şartları

76

Resim 13.1 5 m/s için basınç dağılımı konturu

83


83


84


84

Resim 13.5 5 m/s için hız konturu

85


85


86


86

Resim 13.9 Kanat ucu 5 m/s için hız konturu

87


87


88


88

Resim 13.13 Kanat uç kısmı için 20 m/s hız değeri için akış hacminin tamamının görünüşü

89

Resim 13.14 Kanat ucu 5 m/s için hız vektörleri

90


90


91


91

Resim 13.18 Kanat arkasındaki türbülanslı akışın yakından görünüşü 20 m/s hız değeri için 92 Resim 13.19 Hız 20 m/s için çözüm iterasyon sayısı Resim 14.1 Sinop ili için rüzgar hızları 106

93

SİMGELER VE KISALTMALAR

Bu çalışmada kullanılmış bazı simge ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.

Simgeler

Açıklama

a

Eksenel akış faktörü (axial induction factor)

B

Kanat sayısı

c

Veter uzunluğu (m) cD

Sürükleme kuvveti (Drag coefficient)

cL

Kaldırma kuvveti (Lift coefficient)

cT

Türbin güç katsayısı

cp

Rotor güç katsayısı

c (¿¿ p)max ¿

Maksimum rotor güç katsayısı

FD

Sürükleme kuvveti (N.m)

FL

Kaldırma kuvveti (N.m)

Fbil

Bileşke kuvvet (N.m)

k

kort uzunluğu (m)

P

Güç (W) P0

Atmosfer basıncı (Pa)

r

Kanatın rotor merkezine olan uzaklığı (m)

R

Kanat boyu (m)

Re

Reynold sayısı

t

Optimum kanat boyu (m)

T

İtme kuvveti (Thrust) (N.m) U∞

,

V2

,

Rüzgar hızı (m/s)

UR

Rotor düzlemindeki hızı (m/s)

Vç

Çevresel hız (m/s)

ω

Açısal hız (rad/s)

∆y

İlk katman yüksekliği(mm)

ρ

Yoğunluk ( kg /m

αB

Bağlama açısı (°)

αh

Hücum açısı (°)

δ

Pervane düzlemi ile bileşke kuvvet

3

)

arasında kalan açı (°)

λ

ε

Profil karakteristiği katsayısı

g

Yer çekimi ivmesi (m/s2) Kanat uç hız oranı

Kısaltmalar

Açıklama

CFD

Hesaplamalı

akışkanlar

dinamiği

(Computational Fluid Dynamics) DERT

Düşey eksenli rüzgar türbini

ETBK

Enerji ve tabii kaynaklar bakanlığı

EWWA

Avrupa rüzgar enerjisi birliği (European wind energy association)

GWEC

Küresel rüzgar enerjisi kurulu (Global wind energy coincil)

HAD

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği

kW

Kilowatt

LTD

Limited şirketi

MS

Milattan sonra

MW

Megawatt

NACA

National

advisory

commitee

for

aeronautics RT

Rüzgar türbini

TUREB

Türkiye rüzgar enerjisi birliği

USA

Amerika birleşik devletleri (United states)

YERT

Yatay eksenli rüzgar türbinleri

YEGMYenilenebilir enerji genel müdürlüğ

1

1. RÜZGAR ENERJİSİ

1.1. Rüzgarın Tanımı ve Özellikleri Rüzgar yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Temelinde ise tıpkı diğer tüm fosil yakıtlarda olduğu gibi güneş vardır. Yeryüzüne gelen güneş ışınlarının yaklaşık

%1-2’si

rüzgarları

oluşturmaktadır.Dolayısıyla

rüzgar,

güneş

enerjisinin çevrime uğramış bir halidir. Başka bir deyişle, rüzgar enerjisi, hız enerjisine dönüşmüş güneş enerjisidir denilebilir [Akova,2008; Öztürk, 2008].

Kara, deniz ve atmosferin kendine özgü özgül ısıları mevcuttur. Güneş tarafından yeryüzüne ulaşan ışınlar o bölgenin kendine özgü özgül ısısında değişmeye neden olur. Bu da yeryüzünde sıcaklık farkları meydana getirir. Yüzeyde oluşan bu sıcaklık farkları da beraberinde basınç farklarını meydana getirir. Böylelikle yüzeyde farklı basınçlara sahip basınç merkezleri oluşur. Basınç farkından dolayı hava akımı harekete geçer ve daima yüksek basınç merkezinden alçak basınç merkezine doğru akar. İşte bu akan hava kütlesine rüzgar ismini vermekteyiz. Rüzgar atmosferdeki havanın doğal hareketidir. İki bölge arasındaki basınç farkı ne kadar yüksek olursa, rüzgar o kadar hızlı eser [Akova,2008; Öztürk, 2008]. Rüzgar gücünü daha iyi kavrayabilmek için birkaç örnek verecek olursak; rüzgarın kara parçalarında şekil değişikliği meydana getirmesi, özellikle çöllerdeki bazı tepelerin rüzgar etkisiyle sürekli olarak değişmesi, okyanus ve denizlerdeki dalgaların meydana gelmesinde rüzgarın etkisinin çok büyük oluşu, ayrıca rüzgarların bitkilerin döllenmesine sebep olması gibi önemli özelliklere sahip olması bakımından da önemi yadsınamaz [Öztürk, 2008].

2 Yenilenebilir enerji kaynakları arasında en gelişmişi ve ticari açıdan en uygunu, çevre sorunlarına yok denecek kadar az ölçüde neden oluşu, güneş var olduğu sürece asla tükenmeyecek olan rüzgar enerjisi, teknolojinin hızla ilerlemesiyle birlikte son yıllarda büyük gelişme göstermiş, 1997-2007 yılları arasında yapılan araştırmaya göre istatistiksel olarak dünya genelinde 10 katlık bir büyüme göstermiştir [Akova, 2008]. Yenilenebilir enerji sektöründe büyüme oranları göz önüne alındığında, hiç bir enerji çeşidi bu oranda büyüme sağlayamamıştır. Rüzgar türbinlerindeki gelişmeler ve verimin artırılması, türbin üretim maliyetlerinin düşüşü gibi etkenlerden dolayı, rüzgar enerjisinden elektrik üretimin maliyeti, geleneksel elektrik enerjisi üretim maliyetleri ile rekabet edebilir hale gelmiştir [Akova, 2008].

3

2. RÜZGÂR ENERJİSİNİN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI

2.1. Avantajları

 

Temiz bir enerji kaynağıdır. Çevre dostudur. -Yenilenebilirdir, bitmesi gibi bir durum güneş var olduğu sürece olmayacaktır ve hiç bir atık madde içermez. Bu yüzden sera gazları

 

dolayısıyla asit yağmurlarına neden olmaz. Fosil yakıt kullanımını azaltır. Yatırım ve işletme masraflarının düşük oluşu (kurulum maliyeti karşılandıktan sonra) sadece bakım ve onarım masrafı vardır, ham



madde sıkıntısı yoktur. Şehir şebekesinin ulaşmasının mümkün olmadığı ya da zor olduğu



durumlarda çok elverişlidir. Rüzgar tarlaları aynı zamanda hayvancılığa ve tarıma açıktır. Bu durum düşünüldüğünde aynı arazinin farklı iki amaç için aynı anda



kullanılması büyük bir avantajdır. Üretim maliyetlerinin gelişen teknoloji sayesinde günden güne



düşmesi. İstihdam yaratma gücü sayesinde önemli bir sektördür. Avrupa'da bu sektörde

çalışan

sayısı

2008

yılında

235

000

kişi

olarak

hesaplanmıştır. Çalışan sayısı megawatt başına 15-19 kişi olarak hesaplanmıştır. Avrupa rüzgar enerjisi ajansına göre, 2020 yılında bu 

sektördeki çalışsan sayısının 960 000 kişiye yükselecektir. Ömrü dolan rüzgar türbinlerini söküp kaldırmak kolay bir işlemdir [Busby, 2012; Akova, 2008; Öztürk, 2008].

4

Resim 2.1 Hollanda'daki bir rüzgâr çiftliği, hayvancılık amacıyla da kullanılabilmektedir [Durak ve Özer, 2008].

2.2. Dezavantajları



En önemli dezavantajı rüzgarların düzenli olmayışıdır, bu durum enerji üretiminde dalgalanmaya sebebiyet verecektir. Bu da arz-talep ilişkisinde düzensizliklere sebebiyet verecektir. Enerjinin yüksek arz edildiği zamanda düşük talep olabileceği gibi, yüksek talep olduğunda rüzgar hızının düşük oluşu sebebiyle düşük arz olabilir ve talebi karşılayabilir. Böylece arz-talep ilişkisinde uyumsuzluklar görülebilir ki bu istenmeyen bir durumdur. Talebin düşük olduğu zamanlardaki üretilen fazla enerjinin depolanması söz konusu değildir. Bu konuda çalışmalar her ne kadar devam etse de şu an’a dek olumlu bir sonuç alınamamıştır.



Rüzgâr türbinlerinin gürültülü çalışmaları da bir diğer dezavantajdır, ancak gürültü kirliliği bakımından çok büyük etkileri yoktur. Bu etkiyi azaltmak amacıyla rüzgâr santralleri ile yerleşim birimleri arasında 500-600 m.lik bir mesafenin bulunması gereklidir. Bu olumsuzluğun ortadan kaldırılması amacıyla, bazı teknolojik önlemler alınabilir, gürültünün azaltılması için, teknik bir işlem olarak pervane, titreşimi

5 emen, salınımlı bir yatak kullanılarak dişli kutusundan, izole edilmekte ve dişli kutusu ve jeneratörü içinde bulunduran tekne, lastik ile yalıtılmaktadır. 

-Rüzgar

türbinlerinin

yerleşim

yerlerine

yakın

yerlerde

konuşlandırılması dolayısıyla radyo, tv ve buna benzer diğer 

haberleşme dalgalarını olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Rüzgar türbinlerinin birbirlerinin rüzgarını kesmemeleri açısından alınan önlem sonucunda kurulan rüzgar tarlaları büyük alan kaplayabilir. Ancak bu dezavantajı avantaja çevirmek mümkündür. Bu gibi durumlarda aynı alan tarım ya da hayvancılık için kullanılabilir,



böylelikle bu dezavantaj ortadan büyük oranda kalkmış olacaktır. Yüksek hızla dönen ve yüksek kule boyuna sahip rüzgar türbinleri kuşların ölümlerine sebep olabilmektedir [Busby, 2012; Akova, 2008; Öztürk, 2008].

6

3. RÜZGAR GÜCÜ TARİHÇESİ

Resim 3.2 Hollanda'daki geleneksel bir yel değirmeni [Fanchi, 2005].

Yazılı belgelerden yola çıkarsak tarihte ilk olarak yel değirmeni şeklinde MS644 yılında bugünkü İran-Afganistan civarında Seistan’da, MS 750-850 yılları arasında Çin’de pirinç tarlalarında sulama amaçlı olarak kullanıldığı bilinmektedir. İlk kez 1888 yılında, Charles F. Bush tarafından tasarlanan bir makina vasıtasıyla Ohio, Cleveland, ABD’de rüzgardan elektrik üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu makinanın gücü 12kW’dır. Daha sonra 1970’li yıllara kadar rüzgar türbinlerinde pek gelişme olmamıştır. 1970’li yıllarda yaşanan petrol krizinin ardından rüzgar türbinlerinde önemli gelişmeler olmuş, başta Danimarka, ABD, Almanya, Hollanda, İspanya gibi devletler rüzgar enerjisindeki konularda araştırma ve geliştirmeye hız kazandırmışlardır. Rüzgar türbininden ilk kez elektrik üretimi ise 1891 yılında Paul La Cour tarafından Danimarka’da gerçekleştirilmiştir. Ancak elektriğin birim fiyatı yüksek olduğu için 1980-1981 yıllarında gelişen teknoloji ve endüstri ile beraber

55kW’lık

rüzgar

türbinleri

üretimine

başlanılmıştır.

1982’de

7 Danimarka’da uzun süredir kullanılmakta olan rüzgar türbinleri Kaliforniya piyasasına girmiştir [Öztürk, 2008].

Resim 3.3 Altamont’daki (Kaliforniya)eski sistem bir rüzgar türbini tarlası [Busby, 2012].

1989 yılında Almanya’da rüzgar türbini teknolojisi hızla ilerlemiş, rotor çapı 25m, çıkış gücü 150-250 kW olan rüzgar türbinleri imal edilmiştir. Bu rüzgar türbinlerinin 2-3 yıl piyasaya egemen oluşunun ardından 1992’de TackeWindtechnik’in yaptığı 500kW’lık rüzgar türbini piyasaya sunulmuştur. Bu rüzgar türbinini Enercon’un E40’ı ve diğer Avrupalı üreticilerin ürettiği türbinler takip etmiştir. Daha sonra aynı yıl 46m rotor çapına sahip 600 kW gücünde, özellikle iç bölgeler -daha düşük rüzgar hızına sahip bölgeler-, için tasarlanmış olan rüzgar türbinleri üretilmiştir. 1996’da Enercon 66m çapında ve 1.5MW gücündeki rüzgar türbinlerini üretmiş, bu ilerlemeyi yine aynı çapta ve 1.65MW güce sahip türbinler izlemiştir [Öztürk, 2008].

8 Günümüzde ise 70m, 80m, 90m ve 100m rotor çapına sahip türbinlerden 2MW ya da daha yüksek güçlerde rüzgar türbinleri görmek olağan dışı değildir [Busby, 2012; Durak,2008].

Resim 3.4 Rüzgar türbinlerinin kapasitelerinin ve boylarının tarihsel gelişimi [Busby, 2012].

Rüzgar enerjisi bakımından deniz alanları karalara göre daha zengindir. Bu nedenle deniz üstü rüzgar santralleri kurulmasına başlanılmıştır. Başta, bunun için derinliği 10m’yi geçmeyen alanlar belirlenmiştir. İlk olarak Danimarka'nın Lolland adası yakınlarında kurulan Vinedeby rüzgar çiftliğinin kapasitesi 5MW gücündedir. Şu an Avrupada 12MW gücündeki deniz üstü rüzgar santrali çalışır durumdadır. Bu kurulu gücünü 180MW’a çıkarmayı amaçlamaktadır. 2030 yılında ise rüzgardan elde edilecek gücün yaklaşık

9 %25’inin deniz üstü rüzgar türbinlerinden elde edileceği tahmin edilmektedir. Her enerji türünde olduğu gibi rüzgar türbininde de asıl amaç daha yüksek verimle daha yüksek miktarda enerji elde etmektir. Fakat bu amaca uygun hareket ederken maliyet de düşünülmeli ve mümkün olduğunca düşük maliyet istenilmelidir. Bu açıdan bakıldığında deniz üzeri rüzgar türbinleri hem yüksek maliyet gerektiren hem de yüksek güç elde edilebilen bir türbin çeşididir ve bu yüksek kurulum maliyetlerine rağmen 50MW ve üzeri güç elde edilebilen projelerde tercih edilmesi gerekir. Ayrıca deniz üzeri rüzgar türbinlerinin bakım ve onarımının zor oluşu ve masraflarının da yüksek olduğu unutulmamalıdır [Öztürk, 2008].

Resim 3.5 Danimarka'daki (Kopenhag) deniz üzeri rüzgar santrali [Busby, 2012].

10

11

4. DÜNYADA VE TÜRKİYEDE RÜZGAR ENERJİSİ DURUMU

4.1. Dünyada Rüzgar Enerjisi Durumu

Potansiyeli bakımından rüzgar doğada hali hazırda var olması sebebiyle doğal potansiyel olarak adlandırılır. Bu doğal potansiyeli teknoloji yardımıyla yeşil bir enerji olan rüzgar enerjisine dönüştürmek ve bu suretle enerji ihtiyacını gidermek amacıyla dünyadaki bir çok devlet 1970 li yıllardaki petrol krizinden sonra bu alana yoğun ilgi göstermiştir. Bunun sonucunda ileri gelen birçok devletin öncülüğünde son yıllarda rüzgar türbini kurulumuna çok büyük ölçüde ilerleme kat edilmiştir. Bu gelişmenin ne kadar hızlı ve büyük olduğu aşağıdaki çizelgeler ve şekiller vasıtasıyla anlaşılabilir [Durak ve Özer, 2008].

19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12

50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0

Şekil 4.1 Dünya çapında eklenen yıllık rüzgar enerjisi kapasitesi (MW)1996- 2012 [EWEA, 12.10.2013].

12

300000 250000 200000 150000 100000 50000 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12

0

Şekil 4.2 Dünya çapında toplam yıllık rüzgar enerjisi kapasitesi (MW) 19962012 [EWEA,12.10.2013].

Çin USA 2% 2% 14% 3% 3% 3% 6% 8% 11%

Almanya 27%

İspanya Hindistan Birleşik Krallık İtalya

21%

Fransa Kanada Portekiz Dünyanın geri kalanı

Şekil 4.3 En çok rüzgar enerjisini kullanan 10 ülkedeki rüzgar enerjisi kapasitesi grafiksel olarak gösterimi [EWEA,10.12.2013].

13 Çizelge 4.1 En çok rüzgar enerjisini kullanan 10 ülkedeki rüzgar enerjisi kapasitesinin tablo olarak gösterimi [EWEA, 10.12.2013].

Ülke

MW

%Pay

Çin

75 324

26,7

USA

60 007

21,2

Almanya

31 308

11,1

İspanya

22 796

8,1

Hindistan

18 421

6,5

Birleşik Krallık

8 445

3

İtalya

8 144

2,9

Fransa

7 564

2,7

Kanada

6 200

2,2

Portekiz

4 525

1,6

Dünyanın geri kalanı

39 853

14,1

Toplam ilk 10

242 734

85,9

Toplam Dünya

282 587

100,0

14

4.2. Türkiyede Rüzgar Enerjisi Durumu

Rüzgar potansiyeli bakımından zengin olan bölgelerimiz Ege, Marmara ve Doğu Akdeniz kıyılarıdır. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü tarafından hazırlanan “Türkiye Rüzgar Atlasına’’ göre yerleşim alanları dışında 50m yükseklikteki rüzgar hızları, Marmara, Batı Karadeniz, Doğu Akdeniz kıyılarında 6.0 – 7.0 m/sn, iç kesimlerde ise 5.5 – 6.5 m/sn civarında, Batı Akdeniz kıyılarında 5.0 –6.0 m/sn iç kesimlerde 4.5 – 5.5 m/sn, Kuzey –Batı Egede ise kıyılarda 7.0-8.5 m/sn, iç kesimlerinde ise 6.5-7.0 m/sn’dir [YEGM, 2013]. Wijk, A.J.M. van, ve Coelingh J.P.’ nin 1993 yılında yapmış oldukları çalışmaya göre ise, Türkiye’nin teknik potansiyeli 83 GW, üretim potansiyeli ise 166 TWh/yıl’ dır. Türkiye rüzgar enerjisi birliği istatistik raporuna göre [2012 aralık] rüzgardan elde edilen enerjisi 2300MW’ın üzerindedir [Durak ve Özer,2008].

2500 2000 1500 1000 500 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12

0

Şekil 4.4 Türkiye'deki kurulu güç bakımından (MW) rüzgar enerjisinin yıllara göre dağılımı (1998-2012), [TUREB, 20.12.2013].

15

Karadeniz; 3% İç Anadolu; 3% Akdeniz; 17% Marmara; 40%

Ege; 37%

Şekil 4.5 Türkiye'deki rüzgar enerji santrallerinin bölgelere göre dağılımı [TUREB, 20.12.2013].

Vestas

Enercon

Nordex

GE

Siemens

Suzlon

Gamesa

Alstom Wind

Şekil 4.6 Türkiye'deki rüzgar enerjisi santrallerinin markalara göre oranı [TUREB, 20.12.2013].

16

Resim 4.6 TürkiyeRüzgarenerjisiharitası [YEGM, 20.12.2013].

Resim 4.7 Türkiye ortalama yıllık rüzgar hızı dağılımı [ETKB, 20.12.2013].

17

5. RÜZGAR TÜRBİNİ ÇEŞİTLERİ

Rüzgar

türbinlerini

farklı

özellikleri

bakımından

farklı

şekillerde

sınıflandırabiliriz [Öztürk, 2008];

5.1. Güçlerine Göre Sınıflandırılması

-Mikro

Türbinler=

-Küçük

Rüzgar

(0-3)kW

Türbinleri=

arasında 30kW’dan

üretilen az

yapan

üretim

yapan

türbinler türbinler

-Büyük Rüzgar Türbinleri=200kW- 1.5MW arasında üretim yapan türbinler -Çok Büyük Rüzgar Türbinleri= 5-10MW arasında üretim yapan türbinlerdir [Öztürk, 2008].

5.2. Rüzgar ile Kanat Etkileşimine Göre Sınıflandırılması

-Sürükleme ve kaldırma cihazlı şeklinde ikiye ayrılırlar [Öztürk, 2008].

5.3. Kontrol Sistemlerine Göre Sınıflandırılması

-Derece kontrollü türbinler -Yavaşlatıcı kontrollü türbinler -Aktif yavaşlatıcı kontrollü türbinler [Öztürk, 2008].

Ancak rüzgar türbinlerini sınıflandırırken genel olarak dönme ekseni baz alınır [Öztürk, 2008]. Rüzgar türbinleri dönme eksenine göre;

18 -Yatay eksenli rüzgar türbinleri -Dikey eksenli rüzgar türbinleri -Eğik eksenli rüzgar türbinleri şeklinde sınıflandırılırlar [Öztürk, 2008].

5.4. Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri (YERT) Bu türbinlerde, dönme ekseni rüzgar yönüne paraleldir. Rotor yüzü rüzgar dönüktür, kanatlar rüzgar yönüyle dik açı yapar. Bu türbinlerde kanat sayısı arttıkça rotor daha hızlı döner. Genel olarak yerden 20-30 metre yüksekliğe yerleştirilirler.Verimleri yaklaşık %45’tir. Rotor kanatlarının sayısı, kanat uç hız oranına bağlı olarak belirlenir. Rüzgar hızının rotor kanadı uç hızına bölünmesiyle belirlenir [Durak ve Özer, 2008].

λ=1-5

çok kanatlı rotor

(5.1)

λ=6-8

üç kanatlı rotor

(5.2)

λ=9-15

iki kanatlı rotor

(5.3)

λ=15

tek kanatlı rotor

(5.4)

19 Yatay eksenli rüzgar türbinleri rüzgarı alış yönüne ve kanat sayısına bağlı olarak çeşitlilik gösterirler [Durak ve Özer, 2008].

Resim 5.8 Yatay eksenli bir rüzgar türbini [TUREB, 2013].

20

5.4.1. Rüzgarı önden alan rüzgar türbinleri

Bu tür türbinlerde rotor yönü rüzgara dönüktür. Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin çoğu rüzgarı önden alacak şekilde tasarlanmıştır. Yaygın olarak kullanılan bu tipin en büyük avantajı kulenin oluşturduğu rüzgar gücünden etkilenmemesidir. Etkilenmeyişinin nedeni kanatların rüzgarı kuleden daha önce alışıdır. Bu tür türbinlerin dezavantajı ise türbinin sürekli rüzgara dönmesi gereksinimi nedeniyle dümen sistemine ihtiyaç duymasıdır. Ayrıca kanatlar kuleden her geçişinde güç üretimi azalır, bu nedenle kanatların sert malzemeden yapılması gereklidir. Bu türbinler için Yaw mekanizması gerekmektedir [Öztürk, 2008, Durak ve Özer, 2008].

Resim 5.9 Rüzgarı önden alan bir rüzgar türbini [Chiras, 2009].

21

5.4.2. Rüzgarı arkadan alan rüzgar türbinleri

Bu tür türbinlerde rotor yönü rüzgara bakmaz. Rotor kule arkasına yerleştirilir. En önemli özelliği Yaw sistemine ihtiyaç duymayışıdır. Esnek kanat yapısı vardır. Bu nedenle rüzgarı önden alan rüzgar türbinlerine kıyasla daha hafif olurlar, kule yükü daha azdır. Bütün bu üstün özelliklerine rağmen yaygın olarak kullanılmazlar. Sebebi ise, kanadın kuleden geçmesi sırasında oluşan güç dalgalanmasının rüzgarı önden alan rüzgar türbinlerine oranla rüzgar türbinine daha fazla zarar vermesidir [Öztürk, 2008; Durak ve Özer, 2008].

Resim 5.10 Rüzgarı arkadan alan rüzgar türbini [Chiras, 2009].

22

5.4.3. Tek kanatlı rüzgar türbinleri

Dönme hızının yüksek olması sebebiyle, rüzgar türbininin kütlesi ve rotorun dönme momenti azdır. Ek yükler nedeniyle oluşan aerodinamik dengesizlik ve mekanizma hareketinin kontrol altında tutulabilmesi için göbek tasarımı çok önemlidir. Kanat uç hızı üç kanatlı rüzgar türbinine kıyasla iki kat daha yüksek olduğundan çok daha fazla gürültü meydana getirmektedir. Başlarda tek kanatlı rüzgar türbinlerinin daha ekonomik bir çözüm olacağı düşünülmüş, tek kanatlı olduğu için üç kanatlı bir sisteme göre daha ucuz olacağı zannedilmiştir. Ancak yukarıda da anlatıldığı gibi yüksek rotasyonel hızın, gürültünün ve kanadı dengelemek için karşı tarafa bir ağırlık konulmasının gerekmesi gibi nedenlerden dolayı tek kanatlı rüzgar türbinleri istenilen gelişmeyi gösterememişlerdir [Durak ve Özer, 2008].

5.4.4. Çift kanatlı rüzgar türbinleri

Çift kanatlı rüzgar türbinleri de tıpkı tek kanatlı rüzgar türbininde olduğu gibi kanat sayısı az olduğundan dolayı maliyeti azaltacağı düşünülmüştür. Her ne kadar tek kanatlı rüzgar türbinine göre rotor dengesi daha düzgün de olsa, dinamik hareketi önlemek için artan güç gereksinimi maliyetin artmasına neden olur. Bu türbinlere göbeğin titreşimin azaltmak için kadran sistemi eklenmiştir. Üç kanatlı rotorla kıyaslandığında en önemli üstünlüğü kanat uç hızının yüksek oluşudur ancak düşük rüzgar hızlarında (3m/s) çalışmaları ve yüksek gürültü seviyesi istenmeyen özellikler arasındadır. Ayrıca çift kanatlı veya tek kanatlı rüzgar türbinlerinin tasarımı üç kanatlı rüzgar türbinine kıyasla çok daha zordur. Bu gibi nedenlerden dolayı kullanımı çok yaygın değildir [Durak ve Özer, 2008].

23

5.4.5. Üç kanatlı rüzgar türbinleri (Danish concept)

Danish concept olarak da bilinirler. Günümüzde dünyanın dört bir yanında kullanılan modern rüzgar türbinleri üç kanatlı olarak tasarlanmışlardır. Pervane rüzgarın geldiği yönde durmaktadır. Sapma mekanizması olarak da küçük elektrik motorları kullanılmaktadır. Ancak üç kanatlı rüzgar türbinlerinin kullanılmasındaki asıl amaç dönme momentinin daha düzgün olmasıdır. Türbinde salınıma neden olan atalet momenti olmadığından göbek (hub) içinde titreşimi önleyen pahalı elemanlara gerek yoktur. Kanat uç hızı 70 m/s altında olduğu için sessiz çalışırlar, yani gürültü seviyesi oldukça düşüktür. Bu nedenle sarsıntısız çalışırlar. Ayrıca göz estetiğini bozmayışları da görünüm açısından oldukça avantaj sağlamaktadır. Küçük rüzgar türbinlerinde üç kanatlı rotor kullanıldığı zaman güç problemleri ortaya çıkar. Bunu önlemek için düşük devirlerde dönen rotorun devir sayısını 1/n oranın da artıran dişliler kullanılır ve istenilen hız değerine gelinceye kadar jeneratör boşta çalışır. Böylelikle düşük güçlü rüzgar türbinlerinde üç kanat kullanımından oluşan problem çözülmüş olur [Durak ve Özer, 2008].

Resim 5.11 Hollanda'da Rotterdam yakınlarında bulunan üç kanatlı modern bir rüzgar türbini [Fanchi, 2005].

24 5.4.6. Çok kanatlı rüzgar türbinleri

Rüzgar gülü şeklinde de isimlendirilebilirler. Gelişmemiş rüzgar türbinlerinin ilk örnekleridir. Çok

uzun

yıllar

sadece

su

pompalamak

amacıyla

kullanılmışlardır. Çok kanatlı üretiminin asıl nedeni moment gereksinimini karşılamaktır. Düşük hızlarda bile çalışabilmeleri avantajlı yönüdür.Türbin kanatları genişlikleri, pervane göbeğinden uçlara gidildikçe artar.Pervane mili, dişli kutusuna bağlanarak, jeneratör mili devir sayısı artırılır. Günümüzde hala kullanılan yerler olsa da kullanımı çok yaygın değildir [Durak ve Özer, 2008].

Resim 5.12 Çok kanatlı bir rüzgar türbini [Chiras, 2009].

25

5.5. Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri (DERT)

Bu tip rüzgar türbinlerinde rüzgar yönü dönme eksenine diktir. Rüzgar türbininin kanatları düşey konumdadır. Düşey eksenli rüzgar türbinlerinin en üstün özelliği rüzgarı her eksende (Yönde) kabul edebiliyor oluşudur. Verimleri yatay eksenli rüzgar türbinlerine oranla biraz daha düşüktür (yaklaşık olarak %35’tir). Bu tip rüzgar türbinlerinde jeneratör ve vites kutusunu yerleştirmek için kuleye ihtiyaç yoktur, çünkü bu elemanların toprak seviyesine yerleştirilebilmesi mümkündür. Düşük hızlarla çalışırlar. Yaw mekanizması

bu

sistemlerde

bulunmaz.

Kanat

sayısındaki

artış,

mekanizmanın kütlesini arttırdığından yüksek rüzgar hızlarında verimsiz çalışırlar.Kuleye ihtiyaç duymaması, Yaw mekanizmasına gerek olmaması, bakımının ve onarımının kolay olması (türbin mili dışında, türbin milinin yataklarının değiştirilmesi gerektiğinde makinanın tamamının yere yatırılması gereklidir ki bu zor bir işlemdir), üretilen gücün daha kolay iletilmesi gibi üstün özellikleri olsa da ticari kullanımları çok azdır. Daha çok deneme amaçlı üretilirler. Bu tip türbinlerin olumsuz yanı ise veriminin düşük oluşu, yere yakın oluşundan kaynaklı rüzgar hızlarının düşük oluşu, çalışmaya başlaması için sisteme ilk hareket motoru eklenmeli ve bu motor vasıtasıyla sistemin çalışmaya başlaması için sisteme ilk tahrik verilmesi gerekir. Türbinin ayakta durabilmesi için yere sabitlenmesi gerekir. Bu sistemlerin örnekleri geçmişte su pompalamak için yapılmıştır. Üç farklı tipi mevcuttur [Gipe, 2004; Öztürk, 2008; Akova, 2008]. Bunlar; - Savonious rüzgar türbinleri - Darrieus rüzgar türbinleri - H-Darrieus rüzgar türbinleri

26

5.5.1. Savonious rüzgar türbinleri

1925 yılında Finlandiyalı mühendis Sigurd J. Savonious tarafından keşfedilmiştir. İki yatay disk arasına yerleştirilmiş ve merkezleri birbirine göre simetrik bir şekilde kaydırılmış iki yarım silindirden oluşur. Bunlara ’’kanat’’ adını vermiştir. Savonious rüzgar türbininin çalışma ilkesine göre, türbine gelen rüzgarın oluşturduğu etkiyle silindirin iç kısmında pozitif, dış kısmında negatif moment oluşur ve oluşan pozitif moment negatif momentten büyük olduğundan sistem pozitif moment yönünde döner. Diğer düşey eksenli rüzgar türbinlerine oranla düşük rüzgar hızlarında dahi iyi başlangıç yapma özelliği gösterir. Yapımının kolay ve ucuz oluşu, kendiliğinden harekete başlaması gibi üstün özellikleri olsa da aerodinamik performansı düşük olduğu için kullanılmamaktadır. Son zamanlarda bu özelliği geliştirmeye çalışmaktadırlar. Bu tip rüzgar türbinleri tıpkı düşey eksenli rüzgar türbinlerinde olduğu gibi ilk kullanım amaçları su pompalamak, havalandırma yapmak gibi alanlardır [Busby, 2012].

Şekil 5.7 Savonious tipli bir rüzgar türbini [Busby, 2012].

27

5.5.2. Darrieus rüzgar türbinleri

1931

yılında

Fransız

mühendis

George

Jean

Darrieus

tarafından

geliştirilmiştir. 1970 ve 1980’lerde Amerika ve Kanada’da kanat tasarımına ilişkin detaylı çalışmalar yapılmıştır. Fakat istenilen verim bir türlü elde edilememiştir. Kanatların geometrik formu aerodinamik profile sahip olduğu için yüksek performanslıdır. Genellikle iki veya üç kanatlı olarak tasarım yapılır. Kanatların eğimli olması dolayısıyla çekme gerilimleri en alt düzeydedir. İlk harekete ihtiyaç duyarlar, bunun için bir hareket motoruna ihtiyaç duyarlar ya da Savonious tipi bir rüzgar türbini vasıtasıyla da yapılabilir. Darrieus rüzgar türbininde kanatlar uzun eksenli bir elips oluşturacak şekilde yerleştirilirler. Kanatlarda iç bükey ve dış bükey yüzeyler arasında çekme kuvvetinden dolayı bir fark oluşur, oluşan bu çekme kuvvetinden dolayı dönme meydana gelir. Yapısından dolayı bu rüzgar türbinlerinde devir başına iki kat daha yüksek moment elde edilir. Rüzgarın tek yönden estiği düşünülürse, türbinden elde edilen güç bir sinüs eğrisi oluşturacaktır. Bu tip rüzgar türbinlerin de günümüzde pek fazla kullanılmaz. Üzerinde yapılan uzun ve detaylı çalışmalara rağmen istenilen gelişmeyi göstermeyişi oldukça başarısız bir tasarım olduğu göstergesi olarak yorumlanabilir [Busby, 2012; Öztürk, 2008; Akova, 2008].

28

Şekil 5.8 Darrieus tipli bir rüzgar türbini [Busby, 2012].

5.5.3. H-darrieus rüzgar türbini

Düşey eksenli rüzgar türbinlerinden biridir. Aslında darrieus tipini geliştirmeye çalışırken ortaya çıkmış, darrieus tipine göre daha karmaşık bir yapıya sahip olan bir rüzgar türbinidir. Darrieus tipli bir rüzgar türbininden en büyük farkı aerodinamik yapısının daha düzgün oluşudur. Ayrıca kanatlarda pitch kontrol uygulanır [Öztürk, 2008].

5.6. Eğik Eksenli Rüzgar Türbinleri (Wagner Rüzgar Türbinleri)

Dönme ekseni düşeyle, rüzgar yönüyle açı yapan rüzgar türbinleridir. Bu tip rüzgar türbinlerinde kanatları ile dönme eksenleri arasında belirli bir açı bulunmaktadır. Pek yaygın kullanılmazlar [Öztürk, 2008].

5.7. Rüzgar Türbinlerinin Birbirleriyle Karşılaştırılması

Çizelge 5.2 Büyüklüklerine Göre Türbinlerin Kıyaslanması [Öztürk, 2008]. Kullanım

Bir Tek

Üretilen Enerjinin

Akü

Bakım

Kurulum

Alanları

Türbin

Verildiği Yer

İhtiyac

Masraflar

Masrafları

29

Gücü Büyü k RT’ler

Endüstriye

50kW-

l

2MW

Şebeke

ı

ı

Yok

Var

Yüksek

Var

Yok

Düşük

Çiftlik evleri,

Küçü k

50W-

Kişisel

20kW

RT’ler

Telekomünikasyon alıcısı, Radyo kulesi, Seralar, Acil Telefonları vb.

Çizelge 5.3 Rüzgarı Alış Yönüne Göre Türbinlerin Kıyaslanması [Öztürk, 2008]. Yaw

Kanat

Mekanizma

Malzeme

İhtiyacı

Yapısı

Var

Yok

Rüzgarı Önden Alan RT Rüzgarı Arkadan

Alan

Kuleye

Rüzgar Türbinine

Binen Yük

Verdiği Zarar

Sert

Ağır

Az

Esnek

Hafif

Çok

RT

Çizelge 5.4 Kanat Çeşitlerine Göre Türbinlerin Karşılaştırılması [Öztürk, 2008]. YERT

Maliyet Estetik Görünüm Gürültü Çalışma Hızı

Tek

2

3

Kanatlı

Kanatlı Yükse

Kanatlı

Yüksek Kötü Yüksek Yüksek

k Kötü Yükse k Düşük

DERT Çok Kanatlı

Savonious

Darrieus

Düşük

Düşük

Düşük

Düşük

İyi

İyi

İyi

İyi

Düşük

Az

Az

Az

Düşük

Düşük

Düşük

Yükse k

30

Kule İhtiyacı Kullanım Amacı Günümüzde kullanım

Var Elektrik

Yok

Rotorun Dönmesi İçin Rüzgarı

Kaldırır

Var

Var

Var

Yok

Yok

Elektri

Elektri

Az Elektrik

Az Elektrik

Az Elektrik

k

k

ve Su

ve Su

ve Su

pompalama

Pompalama

Pompalama

Yok

Var

Var

Az

Az

Kaldırı

Kaldırı

Kaldırır ve

Kaldırır ve

Kaldırır ve

r

r

Sürükler

Sürükler

Sürükler

31 Çizelge 5.5 Kullanılmakta olan rüzgar türbinleri ve bunların kullanım yerleri [Öztürk, 2008].

Cp Rotor tipi

[Güç

Rpm

Tork

0.42

Yüksek

Alçak

0.40

Yüksek

Alçak

Kullanım Yeri

Katsayısı] Pervane Tipi Darrieus Tipi

Elektrik üretimi Elektrik üretimi Elektrik

Çok Kanatlı Tip

0.35

Orta

Orta

üretimi veya Su pompalama Elektrik

Yelken Kanat Tipi

0.35

Orta

Orta

üretimi veya Su pompalama

Savonious Tipi

0.15

Alçak

Yüksek

Su pompalama Su

Hollanda Tipi

0.17

Alçak

Yüksek

Pompalama veya değirmen

32

6. RÜZGAR TÜRBİNİ TEMEL ELEMANLARI

Bir rüzgar türbininin temel elemanları olarak kule, kanat ve nasel olarak 3’e ayrılır. Resim 6.1’de bu bileşenler ve o bileşenlerle ilgili bazı kriterler gösterilmiştir [Durak ve Özer, 2008].

Resim 6.13 Bir rüzgar türbininin önden ve yandan görünüşü [Durak ve Özer, 2008].

33

34

6.1. Kule Rüzgar türbininin nasel ve pervanesini taşımakla görevli kısmıdır. Rüzgar türbininin gücüne, büyüklüğüne, yüksekliğine göre boyutları değişir. Diğer bir deyişle, rüzgar türbininin gereksinimlerini karşılayacak şekilde boyutları değişiklik gösterebilir. Bilindiği gibi kule boyunun yüksekliğiyle, üretim kapasitesi arasında doğru orantı vardır. Bunun nedeni ise yeryüzünden yükseklere

çıkıldıkça

genellikle

rüzgar

hızının

artmasıdır.

Ancak

unutulmamalıdır ki, bir rüzgar türbininde kulenin boyutları ne kadar büyürse maliyet de o oranda yüksek olacaktır. Bu nedenle optimum bir denge sağlanmasında yarar vardır. Kule boyutlandırılmasındaki bir diğer parametre de kule malzemesidir. dolayısıyla maliyeti önemli ölçüde etkilemektedir. Kule malzemesi olarak genellikle çelik ya da beton kullanılır. Rüzgar türbinlerinin tüm imalat giderlerinin % 10-18' i kule imalatına aittir. Bu nedenle tasarımı çok önem kazanmaktadır. Tasarımı yapılırken hem ihtiyaçları karşılaması hem de maliyeti göz önüne alınması gerekir [Durak ve Özer, 2008; Chiras, 2009; Gipe, 2004].

6.2. Kanat Rüzgar türbininin en önemli bir parçası olan ve gelen rüzgarı rotora ileterek mekanik güç oluşumunu sağlayan parçalara kanat ismi verilmektedir. Tasarımıyla ilgili en az bilgiye sahip olduğumuz parçadır. Tasarımı ve üretimi oldukça kompleks bir süreci kapsamaktadır. Bu sürecin kompleks olmasının nedenini; tasarımı, yapısı ve materyal seçimi şeklinde özetleyebiliriz. Bu parçaların üretimindeki asıl amaçta optimizasyondur, bu optimizasyonu yaparken en önemli kriter ise aerodinamik yapıdır. Aerodinamik yapının düzgün oluşu çok önemlidir, çünkü rüzgardan elde edilecek enerjiyi bu aerodinamik yapı belirlemektedir. Son yıllarda en çok kullanılan üç kanatlı rüzgar türbinlerinin tasarımında; alüminyum, titanyum, çelik, elyaflar (cam elyaf-polimer ve yüksek verimli elyaflar) kullanılmaktadır. Kanat verim

35 mekanizmaları türbin verimini doğrudan etkilemesi açısından çok önemlidir. Üç farklı tip kontrol mekanizması bulunmaktadır; Pitch kontrol (hücum açısını kontrol eder, aktif bir kontrol sistemidir), stall kontrol (rüzgar hızına tepki veren pasif bir kontrol sistemidir), aktif kontrol sistemleri (pitch ve stall kontrol sistemlerinin karışımıdır), [Durak ve Özer, 2008; Öztürk, 2008].

6.3. Nasel

Şekil 6.9 Bir rüzgar türbininin naselinin üzerindeki ekipmanlar ve konumları [Busby, 2012].

Naselin içindeki ekipmanlar genellikle; ana yatak, dönen yatak, sapma mekanizması, jeneratör, dişli kutusu, fren sistemi ve hidrolik sistemden oluşur, ancak nasel rüzgar türbininin kapasitesine göre çeşitlilik gösterir bazı yüksek kapasiteli rüzgar türbinleri için nasel içerisinde ekstra ekipmanlar da bulunabilir [Busby, 2012; Durak ve Özer, 2008].

36 6.3.1. Ana yatak: Dişli kutusu, jeneratör, iletim sistemi gibi elemanları taşımakla görevli olan yapıdır. Çelikten yapılır ve cıvatayla nasele bağlanır [Durak ve Özer, 2008]. 6.3.2. Dönen yatak: Rüzgarın hızına göre naselin yönünü değiştirmek için kullanılır [Durak ve Özer, 2008]. 6.3.3.Sapma mekanizması: Yaw sistemi olarak da bilinir. Kanatların rüzgarın estiği

yönde

dönmesini

sağlar.

Rüzgar

yönünün

tayini

ise

göbek

yüksekliğinden ölçülen yön sensoru sayesinde yapılmaktadır [Durak ve Özer, 2008; Burton ve ark., 2001]. 6.3.4. Jeneratör: Rüzgar türbininde her bir kanadın başlatma torkunun çok düşük olmasına rağmen, yüksek hızda çalışması dolayısıyla jeneratörü kolaylıkla harekete geçirebilir. Kanata gelen rüzgar sayesinde kanatlar döner ve bir dişli kutusu vasıtasıyla jeneratör döndürülür. Rüzgar türbinlerinde elektrik üretmek amacıyla doğru akım ya da alternatif akım oluşturan jeneratörler kullanılır. Alternatif akım jeneratörleri, yüksek kapasiteli rüzgar türbinlerinde tercih edilmektedir. Bunun nedeni, doğru akım jeneratörlerinin sık bakım gereksinimi ve alternatif akım jeneratörlerine göre daha pahalı olmasıdır. Doğru akım jeneratörleri ise günümüzde sadece düşük kapasiteli rüzgar türbinlerinde akülere enerji depolamak amacıyla kullanılır [Burton ve ark., 2001; Ackermann, 2005; Durak ve Özer, 2008]. 6.3.5. Dişli kutusu: Rüzgardan elde edilecek olan mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi için jeneratöre iletilmesi gerekir, ana şaft ve jeneratör arasında bulunmasının nedeni bu iletimi sağlamaktır. Ana görevi ise bu iletimi sağlarken yavaş dönen pervane rotasyonel hızının dönmesi gereken jeneratör hızı seviyesine çıkarmaktır [Burton ve ark., 2001; Durak ve Özer, 2008]. 6.3.6. Fren sistemi: Bazı istenmeyen ve beklenmeyen hallerde rüzgar türbininin bileşenlerinin zarar görmemesi adına aniden durdurulması

37 gerekebilir. Bunun için ihtiyaç duyulan sistem bir fren sistemidir. İki farklı türde fren sistemi vardır [Durak ve Özer, 2008]. 6.3.6.1 Kanat ucu fren sistemi: Diğer bir adı aerodinamik fren sistemidir. Kanat ucunun 90 °

dönmesi sayesinde sistem birkaç rotasyon içerisinde

durmaktadır. Basit ve güvenli bir sistemdir [Durak ve Özer, 2008]. 6.3.6.2. Mekanik Fren sistemi: Ek bir güvenlik sistemidir. Aerodinamik sistemin yetersiz kaldığı durumlarda devreye girer. Hidrolik bir sistemi vardır. Şaftın üzerinde sabittir [Durak ve Özer, 2008]. 6.3.7. Hidrolik sistem: Yaw frenleri ve pervane frenleri için yağ basıncı sağlar [Durak ve Özer, 2008]. 6.3.8. Göbek (Hub): Rüzgar türbininin kanatlarının bağlı olduğu kısmına denilir [Durak ve Özer, 2008].

38

7. TÜRBİN KANADI AERODİNAMİĞİ VE RÜZGAR YÜKÜ

Türbin kanat profili seçilirken, kanat üzerinde meydana gelen kuvvetlerden maksimum(optimum) gücü elde edecek şekilde tasarlanmış olan özel profillerden seçilir. Kanat profillerinde genellikle üst eğri alt eğriye göre farklı bir forma sahip olur. Bunun sebebi ise her iki tarafta farklı akışkan hızları oluşturmaktır. Farklı akışkan hızları dolayısıyla iki taraf arasında bir basınç farkı meydana gelecektir. Oluşan bu basınç ise yüksek basınçtan alçak basınca

doğru

bir

kaldırma

F D → Sürüklenme kuvveti

kuvveti

oluşturacaktır

[Burton,

2001].

; Akış sebebiyle akış doğrultusunda (her zaman

akışa paraleldir) olan kuvvettir (Drag force).

F L → Kaldırma kuvveti

;

Akışa

(aynı

zamanda

FD

'ye)

dik

olan

kuvvettir(Lift force). FD

'nin ve

FL

'nin bileşke kuvveti ise türbini döndüren kuvvettir(

F Bil

).

39

Şekil 7.10 Kanat üzerindeki kaldırma ve sürükleme kuvveti ile bileşke kuvvetin görünümü [Hansen, 2008].

1 2 FD= cD ρ A V 2

(7.1)

1 F L= c L ρ A V 2 2

(7.2)

Burada alan akışın ''t'' kanat profili boyunca akışın taradığı alan olarak ifade edilirse;

A=t r

(7.3)

olur. Düşük hızlı akışlar için Reynold sayısı ve

c L =f (α H , ℜ) ,

c D =f (α H , ℜ)

α H , c L ve c D ' yi

değiştirir. Yani;

(7.4)

40

Profil karakteristiğini belirlemek için,

parametre belirlenmişitir. Burada

ɛ

=

F L ve F D

FL =ɛ FD

şeklinde boyutsuz bir

değerlerini yerine koyarsak;

cL cD

(7.5)

olur.

c D ,c L , ɛ

sayıları belirli bir Reynold sayısı ve farklı hücum açıları için

deneysel olarak hesaplanır ve elde edilen veriler sayesinde profil kalitesi tespit edilir [Hansen, 2000]. 7.1. Geliştirilmiş Olan Teoriler

Rüzgar türbini üretimi yapılırken elde edilecek tahmini güç açısından bu teoriler kritik önem taşımaktadır. Bunlardan bazıları; ideal disk teoremi, kanat elemanı teoremi, kanat elemanı momentum teorisi, kaldırma çizgisi teorisi, kaldırma

yüzeyleri

metodu

ve

girdap

teorisidir

[Wilson,

1998].

İdeal disk teorisinde bütün koşullar ideal olarak düşünülmüştür. Bunun için sıfır kalınlıklı bir rotor baz alınmış ve sonsuz sayıda kanat düşünülmüştür. Kanat momentum teorisi, kanat ve ideal disk teorilerinin birleşimi şeklinde ortaya çıkmıştır. Bu metot sayesinde kanattaki eğrisel çizgi üzerinde analiz yapılabilmektedir. Diğer metotların her biri belli bir amaç için üretilmiştir,

41 örneğin girdap teorisinde değişik rüzgar hızlarında analiz yapılabilir ya da kaldırma çizgisi teorisi kanattaki kaldırmanın dağılımının hesaplanması için kullanılabilmektedir [Burton, 2001].

7.1.1. İdeal disk teorisi Rüzgardan elde edilecek olan enerji miktarı türbinin aerodinamik yapısı ve boyutlarıyla yakından ilişkisi vardır. Ancak sistem %100 idealken dahi üretilebilecek olan maksimum enerji miktarı vardır. Bunu en güzel açıklayan teorem Betz teoremidir. Betz teoremi oluşturulurken hareketli diskin önünde, üzerinde

ve

gerisindeki

hava

için

enerjinin

korunumu

ilkesinden

faydalanılmıştır. Betz'in bu teoremine göre; kanat veter açısı, tasarım açı hız oranı, aerodinamik profil yapısı, hücum açısı ve kaldırma katsayısı belirlenir. Betz bu teorem için eksenel kayıpları baz almıştır. Profil kayıpları ve kanat ucu civarındaki hava akışı nedeniyle kayıplar dikkate alınmamıştır. Bu teoride diskten geçen havanın hızı, diskin her noktasında eşit olmasına rağmen basınç aniden düşer. Bu basınç farkı dolayısıyla hareket enerjisi artmış olur. Betz akışın sürekli homejen ve sıkıştırılamaz olduğunu ve diskteki basıncın değişiminin her noktada aynı olduğunu, diskin girişinde ve çıkışında türbülans olmadığını varsaymıştır [Hansen, 2000; Burton, 2001; Önder, 2006; Ingram, 2011]. Aşağıdaki gibi bir kontrol hacmi alınırsa;

42

Şekil 7.11 Akım tüpündeki hareketli diskten geçen ideallestirilmis akıs [Önder, 2006]

Şekil 7.12 Akım tüpü boyunca hız ve basınç dağılım [Önder, 2006]

hava akışının sürekli olması sebebiyle hava akışının sabit debili olması sebebiyle

U 2=U 3

olur. Eğer

m=ρ ´ A UR

olur.

U 2=U R ise ;

43 Momentumun korunumu sayesinde bu sistemdeki net kuvvetler bulunabilir. Bunun için Bernoulli ilkesinden yararlanırsak;

1 1 2 2 P0 + ρU ∞=Pu + ρ U R 2 2

(7.6)

ve 1 1 Pd + ρ U 2R=P0 + ρ U 2w 2 2

(7.7)

P diskteki basınç azalmasını ifade ettiğinden; T=rotordaki itki kuvveti olur ise

T=A P

(7.8)

olacaktır.

P=

Pu−Pd

(7.9)

Daha önceden Bernoulli denklemine göre yazdığımız iki denklem taraf tarafa toplanırsa;

1 1 1 1 2 2 2 2 P0 + ρU ∞ + Pd + ρ U R=Pu + ρ U R + P0+ ρU w 2 2 2 2

(7.10)

44

olur, gereken sadeleştirilmeler yapılırsa;

U (¿¿ ∞ 2−U 2w ) 1 p=Pu −P d= ρ ¿ 2

Rotor düzleminde hız

(7.11)

U ¿ ∞ (¿ +U w ) U R =¿

şeklinde basit olarak ortalamadan

bulunabilir.

Eksenel akış faktörü (axial induction factor) ise 0-1 değerleri arasında değişen boyutsuz bir büyüklüktür ''a'' ile sembolize edilirse;

a=

U ∞−U R U∞

UR a=1− ya da U∞

(7.12)

olarak verilir. Buna göre;

U w =¿

olacaktır.

U ∞ (1−2 a) , U R =U ∞ (1−a)

(7.13)

45 P

Rotordan elde edilen güç çıkışı

P=T U R

ise;

olacağından (T=AP)

(7.14)

P= A P U R

(7.15)

U (¿¿ ∞ 2−U 2w ) 1 P= ρA U R ¿ 2

(7.16)

olacaktır. Bu denklem akış faktörü ile tekrar düzenlenirse;

3

2

P=2 ρA U ∞ a(1−a)

olur. P=T

UR

(7.17)

olduğundan

2 T= 2 ρA U ∞ a(1−a)

olacaktır. Türbin güç katsayısı

(7.18)

cp

;

46

Cp=

P 1 3 ρA U ∞ 2

yani

C p =4 a(1−a)2

Türbin güvenlik katsayısı

CT =

T 1 2 ρA U ∞ 2

yani

Yukarıda bulduğumuz

CT

CT =¿

Cp

(7.19)

;

4a(1-a)

(7.20)

değerinin a'ya göre türevi alınırsa

dCp da =4(1-a)(1-3a)

olur.

Cp

(7.21)

maksimum değerini türevi 0'a eşitken alacağından a=1/3 olarak

belirlenir. a=1/3 olarak alındığında

Cp

maksimum olacaktır [Hansen,

2000].

C p =4 a(1−a)2

→

1 1 2 16 C p =4 (1− ) = 3 3 27

(7.22)

47

C (¿¿ p)max=0.592593 olarak bulunur. ¿

Bu değer bize ideal şartlarda rüzgardan elde edilebilecek enerjinin miktarının maksimum değerini göstermektedir. Bu değer teorik olarak en üst limittir ve gerçekte ulaşılması imkansızdır. Bunun temel sebepleri ise rotorun sıfır kalınlıklı olamayışı, kanat uç kayıplarının ihmal edilişi ve aerodinamik sürtünmenin varlığıdır. Kısacası bu değere ulaşılamayışının temel sebebi yapılan varsayımlardır diyebiliriz [Hansen, 2000; Burton, 2001; Önder, 2006; Ingram, 2011].

48

7.1.2. Kanat Elemanı Teorisi

Rüzgardan maksimum düzeyde enerji elde etmek için kanat şeklinin yapısı son derece önemlidir. İşte bu teoride ideal disk teorisinden farklı olarak kanat şeklinin de rüzgardan elde edilecek olan enerjiye etkisi hesaba katılmış ve kanat şeklini optimum yapmayı amaçlamıştır. Rotorun arkasında oluşacak olan girdaplı akım hesaba dahil edildiğinden, teoride optimum kanat tasarım son derece önemlidir. Bu teoride de tıpkı ideal disk teorisinde olduğu gibi bazı kabuller vardır. Bu kabuller şu şekilde özetlenebilir; hava akımının sürekli homojen ve türbülanssız oluşu, kanattaki her bir eleman kendinden bir sonra gelen kanat elemanından bağımsız oluşu, akışın iki boyutta olması ( bu sayede hücum açısı yardımıyla hız profili belirlenebilir) [Hansen, 2008].

Şekil 7.13 Kanat elemanlarının görünüşü [Ingram, 2011].

Kanadın N parçaya bölündüğünü düşünürsek, her bir kanat elemanı için o kesitteki kuvveti o eleman üzerindeki aerodinamik kuvvetlerdir. Yani her eleman bireyseldir ve bitişiğindeki elemanlardan bağımsızdır. Kanat ucu kuvveti kanat boyunca bütün elemanlardaki kuvvetin toplamıyla bulunabilir [Ingram, 2011].

49 ω

Sabit

açısal hızıyla dönen bir kanadın herhangi bir kesitinde oluşan

çevresel hız bileşeni

V ç =ω r

olduğundan ;

Şekil 7.14 Kanat bağlama ve hücum açısı gösterimi [Önder, 2006]

ω

sabit olduğunda

Vç

sadece r'ye bağlı olarak değişir, yani kanat

üzerinde ilerledikçe r artacağından boyunca

sabit

olacağı

için,

vektörünün(k), hücum açısının Ingram,

kanat

(α h)

Vç

de artacaktır.

üzerinde

V2

ilerledikçe

de kanat bileşke

değiştiği görülebilir [Hansen, 2000; 2011].

Optimum bağlama açısı ;

α B=

2 R tan−1 −α diz 3 λdiz r

(

hız

)

(7.23)

50

olarak verilir. Burada; λdiz →dizayn katsayısı α diz → dizaynhücum açısı R → kanat boyu

FL

ile

FD

'nin bileşkesine

düzlemiyle arasındaki açı

F pd =¿

δ

Fbil

dersek ve bu kuvvetin pervane

olarak tanımlanırsa;

pervane düzlemi üzerindeki

Fbil

'in izdüşümü ise;

F pd =F bil cosδ

olur.

Fbil ile F D cosδ

δ =180−γ −α

olur.

(7.24)

arasındaki açı γ

ise;

(7.25)

51

γ =arctan (

FL ) FD ,

FL =ɛ → γ =arctan ⁡( ε ) FD

δ =180−arctan ( ε ) −arctan ⁡(

180−arctan ( ε )−arctan

V2 ) Vç

(7.26)

(7.27)

V2 Vç

( )

(7.28)

cos ⁡( δ )=cos ⁡¿

gücün formülünden ;

P=

F pd V ç

(7.29)

1 2 ε ¿ 1 1+ 2 ε ¿ F 2L ¿ 1+

(7.30)

Fbil =√ F 2L + F 2D → F bil= √ ¿

yukarıdaki denklemlere göre

dF L

yazılırsa

52

dF L

1 c ρ t dr k 2 = 2 L

(7.31)

olarak bulunur.

1 Fbil = c L ρ t dr k 2 2

1 ε2

1+

¿ √¿

(7.32)

olarak elde edilebilir.

1 2 F pd = c L ρ t dr k 2

olur. Burada

F pd

1+

1 ε2

¿ ¿ √¿

(7.33)

pervaneyi döndüren kuvvettir. Güç ifadesinin geniş hali

ise;

dP=

1 c L ρ t dr k 2 2

1+

1 ε2

¿ ¿ √¿

(7.34)

olur. Buradaki güç ifadesinden de anlaşılacağı gibi tek kanattan elde edilen güç dP olacaktır. Optimum kanat boyu t için;

53

( (

1 16 π z cL r

t(r)=

( )))

1 R sin arctan 3 λ diz r

2

(7.35)

Buna göre dP ifadesi;

1 ε2 ¿ ¿

1+ dP=

(7.36)

1 cL ρ k 2 √ ¿ 2 ¿

olarak elde edilir yukarıdaki denklem için gereken sadeleştirmeler yapılır ve '

r= r 1 den

r= R ' ye

kadar integrali alınırsa ve z kanat sayısı ile çarpılırsa

elde edilecek olan gücün denklemi bulunmuş olur [Hansen, 2000].

dP=z

1 16 π 1 2 ρ z cL r

dP=8 π

ρr

( ( sin

( ( sin

( )))

1 R arctan 3 λ diz r

( )))


1+

2

k2

1+

2 2 dr k

1 ε2

¿ ¿ √¿

1 2 ε

¿ ¿ √¿

(7.37)

(7.38)

54 1 2 ε ¿ ¿

1+ P=

r =R

8π ρ

∫

r =r 1

( (

r sin

2

( )))


k 2√¿

(7.39)

¿ olarak elde edilir.

7.2. Kanat Profil Kayıpları

Bir rüzgar türbini kanadından elde edilecek en fazla güç

c 1 (¿¿ p)max ρ π R2 V 2∞ 2 P max=¿

(7.40)

olabilmektedir. Ancak bu değere ulaşmak imkansızdır. Sebebi ise yukarıdaki denklemde kayıpların yok sayılmasıdır [Burton, 2001]. Kanat kayıpları şunlardır:

7.2.1. Kanat uç kayıpları

Kanat uç kısmında profilin altından üstüne doğru bir hava hareketi oluşur. Bu da kanat uç kısmında kanada gelen hava akımıyla beraber girdap oluşumuna sebep oluşturacağından kanatta bir kayıp meydana getirecektir. Bu kayıp ;

55 ƞuç =1−1.84 /(B λ)

(7.41)

formülü ile hesaba katılır [Burton, 2001]. 7.2.2. Direnç kuvvetinden kaynaklanan profil kayıpları

ƞ profil (ε , λ) = 1-

( λ/ ε )

(7.42)

formülü ile hesaba katılır. Ayrıca kanat üzerinde girdap kayıpları meydana gelmektedir.

Betz

bu

kayıpları

katmamıştır [Burton, 2001].

önemsememiş

ve

hesaplamalarına

56

8. KANAT YAPISININ İNCELENMESİ

kanat rüzgar türbininin en önemli parçalarından biridir. Çünkü kanat yapısı türbinden elde edilecek gücü önemli ölçüde etkileyecektir. Rüzgar türbini bileşenlerinden üzerinde en az bilgi sahibi olunan parçadır. Bu yüzden farklı kanat tasarımları yapılmış ve hala günümüzde en iyi kanat yapısının dizaynı için analizler devam etmektedir. Kanat tasarımının yapılması çok karmaşık süreçtir. Bu sürecin karmaşık olmasında; kanadı yapısı, şekli, kanat yapımı süresince kullanılacak olan materyaller etki etmektedir. Tasarımın temel amacı kanadın yapısını türbinden elde edilecek gücü maksimum yapmak için optimize

etmektir.

Optimize

işlemi

yapılırken

maliyet

de

göz

ardı

edilmemelidir. Optimizasyon işlemi esnasında özellikle aerodinamik yapıya dikkat edilmelidir. Çünkü rüzgardan elde edilecek olan enerji kanat aerodinamik yapısı sayesinde belirlenmektedir [Durak, 2008; Burton, 2001].

Teknolojik gelişmelerin çok hızlı ilerlemesiyle beraber türbin kanadı standartları da yükselmiştir. Kanat dizaynı elde edilecek enerjiye doğrudan etkiyen bir parametre olduğu için günümüzde bu alanda AR-GE çalışmaları hız kazanmıştır. Bunun sonucu olarak kanat optimizasyonunda sürekli olarak ilerleme kaydedilmektedir. Kanat dizaynı yapılırken ilk olarak kanattan beklentinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu doğrultuda kanattan en büyük beklenti; en uzun vadede dayanımını koruması, aerodinamik yapısı dolayısıyla türbinden elde edilecek enerjiye katkıda bulunması, dış etkenlere karşı yüzey kalitesini koruması gibi parametrelerdir [Durak, 2008; Burton, 2001].

Bu bağlamda yapılan çalışmalar göstermektedir ki: kompozit malzemelerin kullanılması (kompozit kanat yapısı) rüzgar türbini kanadı için en uygun

57 yöntemdir. Bu yöntemi belirlerken ekonomik ve performans beklentileri göz önüne alınmış yıllar süren çalışmalar, araştırmalar ve deneyimler sonucunda belirlenmiştir. Bu seçim sürecinde kompozit kanat yapısının seçilmesinin de etkili olan sebepleri ve kompozit kanat yapısının avantajları şunlardır; 

Sağlamlık

ve

karıştırılması

dayanıklılık; sonucunda

Kompozitlerin

yüksek

dayanım

belli ve

malzemelerle sağlamlık

elde

edilebilmektedir. Bu özellik sayesinde performansta çok önemli gelişme kat edilmiştir. Enerji tasarrufu sağlanmıştır [Spera, 2000].



Yorulma

süresi;

Kompozit

malzemelerde

yorulma

süresi

bazı

sektörlerde çok önemli bir parametredir. Özellikle havacılık sektöründe çok önemli bir parametredir. Ayrıca köprüler vb. gibi yerlerde de göz ardı edilemez bir faktördür. Rüzgar türbininde de kanatlar uzun yıllar değişken yüklere maruz kalacağından bu parametre önemli bir yer tutar. Kompozit malzeme kullanımıyla yorulma süresi bakımından daha elverişli rüzgar türbini kanatları elde edilmiştir. Bu nedenle kompozit malzeme kullanımının önemli avantajlarından birisi yorulma süresine olan etkisidir [Spera, 2000].



Optimum tasarım; Optimum tasarım yapılırken, farklı kompozit malzeme kombinasyonlarının oluşu, tabaka sayısı, tabaka tipi gibi parametrelerden dolayı üretimde bilgisayar kullanımı, uzman yardımcı sistemler (yapay zeka vb.) vasıtasıyla optimum tasarım için gelişme sağlanmaktadır [Spera, 2000].



Korozyon

direnci;

Polimer

ve

seramik

malzemeler,

kompozit

malzemelerin kimyasallara karşı korozyon direncini artırır. Korozyon

58 direnci yüksek malzemeler kullanılmasının temel amacı bakım gerektirmemesidir. Bu nedenle önemli bir parametredir [Spera, 2000].



Isıl genleşme katsayısı; Hemen hemen her alanda

önemli bir

parametredir. Çünkü sürtünmeden dolayı ya da sıcaklık farkından dolayı malzemelerde termal gerilim meydana gelebilir. Bunun önüne geçmek için ise ısıl genleşme katsayısı minimum olan malzemeler kullanılmalıdır. Kompozit malzemeler bize ısıl genleşme katsayısı düşük olan malzemeler üretmemize olanak tanırlar [Spera, 2000].



Etkin üretim; Otomatikleştirilmiş sistemler vasıtasıyla üretilebilen kompozit malzemelerin atık malzeme oluşumu talaşlı imalat yapılan çelik, alüminyum gibi malzemelere oranla çok azdır. Ayrıca kompozit malzemeler son şekil bakımından, alüminyum yada çelik parçalara oranla daha az parçadan oluşabilmektedir. Bu nedenle montaj maliyetlerinde ciddi oranla azalma görülür [Spera, 2000].



Maliyet; Kompozit malzemeler diğer malzemelere(çelik, alüminyum, bakır vs.) kıyasla daha pahalıdır. Bu durum her ne kadar dezavantaj gibi görünse de, malzemelerin toplam (üretiminden kullanımının son buluşuna kadar) maliyeti göz önüne alındığında daha karlı olacağı görülecektir. Bunun nedeni kompozit malzemelerin üretiminin seri üretime yatkın oluşu, dayanımının yüksek oluşu ve daha uzun ömürlü oluşudur. Ayrıca kompozit malzemelerin taşıma ve kurma maliyetleri de genellikle daha düşük olabilmektedir. Bu gibi nedenlerden dolayı kompozit malzemeler her ne kadar pahalı gibi görünse de toplam bazda bakıldığında daha karlı olacaktır [Spera, 2000].

59

8.1. Kanat Üretim Safhaları;

 

Kalıp hazırlanması Kanat yüzeyini korumak amacıyla kalıp üzerine gelcoat spreyi

      

sürülmesi Cama fiber serilmesi Bushing montajı Balsa ve cam fiberin üzerine vakum film serilmesi Reçine sürülmesi Vakum filmin kaldırılması Yıldırım koruma tertibatının montajı Kanadın kalıptan alınması

Kanat üretim sürecinin ilk aşamasında kanat profili seçilir. Gerekli teknik detay kanat üreticisine türbin üreticisi tarafından verilir. Gereken teknik detaya göre kanat üreticisi tarafından yıllık enerji üretimi ve kanat üzerine gelen yüklerin hesaplanmasını (kanat geometrisi ve yapısına uygun bir şekilde) yapar. Kanat aerodinamik yapısı yapılırken kanat üzerine etkiyen yükleri en az'a indirmek istenildiğinden bu doğrultuda rüzgar tünelleri ya da hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD- Computational Fluid Dynamics) kullanılarak en uygun aerodinamik yapı elde edilir. Ben de projemde hesaplamalı akışkanlar dinamiğini kullanarak NACA 2412 profil yapısına sahip kanadın (7.25°'lik hücum açısı ile) analizini yapacağım [Durak, 2008].

60

8.2. Kanat Üretiminde Kullanılan Temel Malzemeler

8.2.1. Epoksi reçine ve cam fiber

Diğer reçine göre epoksi reçinelerin tercih edilmesindeki temel sebep çekme dayanımının diğer reçinelere göre daha yüksek oluşudur. Epoksi reçinelerin üstün mekanik özellikleri bulunur. Bunlar; korozif ortama dayanımı, elektriksel özelliklerinin üstünlüğü(yalıtkanlığı), yüksek sıcaklık değerlerindeki dayanımı, vb. Performansın maliyetten daha önemli olduğu yerlerde tercih sebebidir. Reçineler yüksek viskoziteye sahip, hızlı bir şekilde sertleşen ve fiber ile iyi birleşen yapılardır. Cam fiber ise sağlam ve çok amaçlı kullanılan bir maddedir. Cam fiber yerine karbon liflerden oluşan ipliklerin dokunması ile elde edilen kumaşlardan yararlanılır. Karbon lifleri cam fibere nazaran çok daha hafiftir ve yüksek mukavemete sahiptir. Ancak cam fiber daha yaygındır ve daha düşük maliyetlerde elde edilebilir. Ayrıca cam fiber infüzyon işlemine daha yatkındır. El yatırma uygulamalarında daha kolay işlenilebilirliği de bir diğer avantajıdır [Durak, 2008].

Infüzyon işlemi; Reçine ile cam fiberin yapışması esnasında vakum ile beraber reçinenin sürülmesi güçlü ve uniform bir tabaka oluşturur. Bu esnada önemli

olan

şey

hava

kabarcıklarının

yüzeyin

altına

geçişinin

engellenmesidir. Kum noktalar ve hava kabarcıkları yüzeyin altında kaldığı zaman kanat mukavemetini ve güvenilirliğini zayıflatmaktadır. Bu yüzden çok önemli bir işlemdir. Reçinenin vakumlanması işlemine infüzyon(infusion) denilir [Durak, 2008].

61

8.2.2. Ara malzemeler

Sandviç yapıdaki kompozit ürünlerde kullanılan dolgu malzemeleridir. Eğilme dayanımlarını artırmaları dolayısıyla kullanım alanları gelişme göstermiştir. Ara malzemelerin kullanımının artmasıyla beraber ağırlığındaki %3'lük artışa karşın eğilme dayanımında 3.5 kat artış sağlamaktadır. Kullanılan bu ara malzemeler rijitlikte de ciddi bir miktar artış sağlar. Kullanılan ara malzemeler; köpükler, bazı ağaç yapılar(nadir olarak kullanılırlar), alüminyum, çelik, karbon, poliüretan, polyester, polietilen, polipropilen ve seramik gibi malzemelerdir [Durak, 2008].

62

9.

KANAT KATI MODELİNİN ÇİZİLMESİ

Kanat katı modelinin oluşturulması için CATIA programı kullanılmıştır.Modelin CATIA'da oluşturulması için öncelikle bazı parametrelerin belirlenmesi gerekmektedir. Bunun için ilk olarak elde edilmesi istenilen güç çıkışı belirlenmelidir. Ben 0.5kW kapasiteye sahip bir 3 kanatlı türbin tasarlamak istedim. 0.5kW güç çıkışını elde edebilmek için gereken kanat boyu hesabı yapılması gerekir.

1 2 3 c ρπR V P= 2 p

(9.1)

formülünden R değeri hesaplanabilir.

Burada V değeri Türkiye Rüzgar Enerji Potansiyeli Atlası’ndan faydalanılarak Sinop ili için 5m/s olarak sabit kabul edilmiştir.

0.5kW x

3

10

W 1 3 π kW = 2 x0.592593x1.225 kg/ m x

R=1.873 m = 1.9m olarak bulunur.

x

R2 5 3 (m/s)3

63 Aerodinamik açıdan optimum dizayn için hücum açısının düşük fakat

kaldırma oranının

FL FD

( )

yüksek seçilmesi gerekmektedir.

Çizelge 9.6 NACA 2412 kanat profili değerleri

α -6 0 3 7.25 10

cL -0.5839 -0.0589 0.4905 0.9816 1.1591

cD 0.04991 0.02406 0.03336 0.03017 0.04997

En yüksek kaldırma oranının nedenle

cL cD -11.70 -2.45 14.70 32.54 23.20

FL -101.40 -10.23 85.18 170.47 201.29

FD 8.67 4.18 5.79 5.24 8.68

α =7.25°'de olduğu görülmektedir. Bu

α =7.25° seçilmiştir.

Şekil 9.15 Cl-Cd değişim grafiği (NACA 2412, airfoiltool, 2014)

64

Şekil 9.16 Cl- α

değişim grafiği (NACA 2412, airfoiltool, 2014)

Kort uzunluğu kanat üzerinde ilerledikçe değişeceğinden her istasyondaki kort uzunluğu ve bağlama açısı hesaplanması gerekmektedir. Bunun için

Kanat bağlama açısının hesabı;

αB

2 −1 R tan −α = 3 λr

( )

(9.2)

Kort uzunluğu hesabı;

( [(

1 16 π 2 1 −1 R c= B cl r sin 2 tan λ r

)])

(9.3)

65

formülleri ile yapılır. Burada

λ=6 olarak seçilmiştir. (3 kanatlı rüzgar

türbinlerinde kanat uç hız oranı 6-8 arasında seçilebilir)

Kanat boyunca (1.9m boyunca) 12 istasyon olduğunu düşünürsek. İlk istasyon rotordan 0.2m ileride başlarsa (kanat elemanının rotora bağlanması için 20cm'lik bir uzunluk bırakılması istenmiştir.) Kanat boyunca belirlenen

istasyonlar için bağlama açısı aşağıdaki tabloda sunulmuştur.

α (¿¿ B) ¿

ve kort uzunluğu (c) belirlenmiş

66 Çizelge 9.7 İstasyon boyunca kanat kort uzunluğu ve bağlama açısı

İstasyon no

r (m)

α ¿ ¿ )° ¿

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.20 0.32 0.46 0.62 0.78 0.94 1.10 1.26 1.42 1.58 1.74 1.90

31.23 22.55 15.78 10.79 7.48 5.16 3.46 2.16 1.13 0.31 -0.37 -0.94

c (m)

0.3708 0.3611 0.3129 0.2600 0.2188 0.1875 0.1634 0.1446 0.1294 0.1178 0.1068 0.0982

Belirlenen istasyon sayısına ve istasyon uzaklığına göre düzlemler

istasyon uzaklığı(m)

Şekil 9.17 Kort uzunluğunun istasyon uzaklığına göre eğrisi

1. 74

1. 10 0. 00 78 00 00 00 00 00 01

0. 46

0. 2

Kort uzunluğu(m)

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 uzunluğu - istasyon uzaklığı eğrisi kort

1. 42

ötelenmiştir.

1. 42

1. 10 0. 00 78 00 00 00 00 00 01

0. 46

0. 2

Bağlama açısı (°)

35 30 25 20 15 10 5 0 Bağlama açısı - istasyon uzaklığı eğrisi -5

İstasyon uzaklığı(m)

Şekil 9.18 Bağlama açısının istasyon uzaklığına göre eğrisi

Resim 9.14 Ötelenmiş düzlemlerin görüntüsü

1. 74

67

68 Daha sonra belirlenen her istasyon için o istasyonda olması gereken bağlama açısı ve kort uzunluğuna göre çizimler yapılmıştır.

Resim 9.15 Her istasyondaki çizimi yapılan çizimlerin görünümü Ardından Multi-section(loft) komutu ile bu sketchler uzatılmıştır.

Resim 9.16 Multi-section komutu uygulanmış hali

69 Bu işlem sonrasında model tamamlanmıştır.

Resim 9.17 Modellenmesi tamamlanan kanatın NACA 2412 isimli kanatın üç görünüşü

70 Yukarıda anlatılan işlemler daha önce fx84w127 isimli kanat için yapılmıştır ve modelleme işlemi tamamlanmıştır.

Resim 9.18 Modellenmesi tamamlanan fx84w127 isimli kanat

Ancak analiz kısmına geçildiğinde bu modelin çiziminde kullanılan damla yapısının üzerindeki nokta sayısının çok fazla oluşundan dolayı sıradan bilgisayarlarla mesh işlemi gerçekleştirilememiştir. Bu yüzden NACA2412 isimli kanat nokta sayısı göz önünde bulundurularak yeniden modelleme işlemi gerçekleştirilmiştir.

71

10. AKIŞ HACMİNİN OLUŞTURULMASI (FLUİD DOMAİN)

İstenilen geometrinin modellenmesinden sonra model Workbench'in Design Modeller kısmına aktarılmıştır (import edilmiştir). Akış hacmi burada oluşturulmuştur. Yapılacak olan analizde, tasarlamış olduğumuz 3 kanatlı rüzgar türbininde kullanmış olduğumuz kanadın aerodinamik performans (3D model olarak) analizi yapılacaktır. Rüzgar türbini kanat analizlerinde genellikle c-grid ya da o-grid kullanılır. Sebepleri ise kanat analizi için gereksiz mesh sayısını arttırmamak ve daha kaliteli meshler elde edebilmektir. Ben çalışmam da c-grid kullandım bunun için Design Modeller bölümünde aşağıda verilen şekilde akış hacmi oluşturulmuştur.

Resim 10.19 Akış hacmi ölçüleri

72 Yukarıda verilen şekilde L9 ve H2 uzunlukları sırasıyla 20c ve 25c olacak şekilde, kanat merkeze konulacak şekilde ayarlanmıştır. Daha sonra 3 boyutlu olarak akış hacmi oluşturulmuştur.

Resim 10.20 3-Boyutlu akış hacmi görünüşü

Daha sonra kanat, yarım çemberin merkezine 7.25°'lik hücum açısı verecek şekilde konumlandırılmıştır.

73

Resim 10.21 Kanatın akış hacmi içerisindeki konumu

Konumlandırılan kanat, akış hacmi içerisinden çıkartılmış ve geriye kalan hacim (çözüm hacmi) ağ yapısının oluşturulması için WORKBENCH programının MESH modülüne aktarılmıştır.

74

11. ÇÖZÜM AĞ (MESH) YAPISININ OLUŞTURULMASI

11.1 Çözüm Ağı

Çözüm hacmi oluşturulan model için 4 farklı ağ yapısı oluşturulmuş olup çözümler için öncelikle çözüm ağından bağımsızlık işlemi yapılmıştır. Oluşturulan her çözüm ağı için öncelikle bir takım hesapların yapılması gerekmektedir. İlk olarak ilk katman yüksekliğinin (first layer boundary thickness), dış akışlarda kullanılan

∆y

değeri için;

−13

ℜ 14 y +¿= ( 8.6 ) ρ¿ ) ∆y ¿

(11.1)

formülü yardımıyla arzu ettiğimiz y+ değerine göre ilk katman yüksekliği değeri hesaplanmıştır. Bunun için y+ değerinin maksimum değerinin 1 olmasını istersek (dış akışlarda y+'nın değerinin 1'den küçük değerleri hassas çözüm anlamına gelmektedir.) analizi yapılacak olan Reynold sayılarına

göre

hesapları

yapıldığı

taktirde

∆ y=0.05 mm

olarak

hesaplanmıştır. Bunun için ilk katman yüksekliği 0.05 olan ilk katmandan itibaren 1.072'lik büyüme oranıyla büyüyen 12 katmanlı yüzey tabakası oluşturulmuştur.

75 Daha sonra kanat yüzeyinden akış hacmi boyunca ilerledikçe (köşelere ve kenarlara doğru) büyüyen piramit şekilli üç boyutlu elemanlarla çözüm ağı oluşturulmuştur. Piramit şekilli eleman seçilmesinin nedeni olarak daha kısa çözüm süresi sağlaması olmuştur. Çözüm ağı oluşturulurken çözümde kullanılacak olan bilgisayarın işlem gücü de göz önünde bulundurulmuş ve çözüm işlemi için 560 452, 1 459 528, 2 623 261 ve 2 791 461 eleman sayılı çözüm ağları oluşturulmuştur. Çözüm ağı oluşturulurken skewness değerleri ve eleman kalitesi göz önünde bulundurulmuştur.

Resim 11.22 Arzu edilen skewness değer aralıkları (ANSYS tutorial ,2010)

Resim 11.23 Elde edilen skewness değerleri

Çözüm hacminden bağımsızlaştırma yapmak amacıyla oluşturulan farklı eleman sayılı çözüm ağları ayrı ayrı aşağıda gösterilmiştir.

76

Resim 11.24 560 452 eleman sayısına sahip çözüm ağı

77



78


Resim 11.28 Oluşturulan ağ yapısının kanat yüzeyinde yakından görünüşü

79

11.2 Çözüm Ağından Bağımsızlık

Oluşturulan bu 4 farklı ağ yapısı için sınır değerleri aynı iken çözümler yapıldı. 2 623 261 ve 2 791 461 eleman sayılı ağ yapıları için çözümlerin çok yaklaşık geldiği görüldü. Bu çalışma artık çözüm hacmini oluşturan elemanların çözümü etkilemeyecek gösterdi. Dolayısıyla ileride yapılacak olan, aerodinamik performans değerlendirmesi için farklı rüzgar hızlarında olan çözümler sadece 2 791 461 eleman sayılı ağ yapısında çözüldü.

Çizelge 11.8 Farklı eleman sayılı çözüm hacimleri ve elde edilen sonuçlar Eleman

FL

(N)

F D (N )

Fbil

(N)

Sayısı 560 452 4.26 2.97 5.19 1 459 528 4.97 3.21 5.91 2 623 261 4.79 3.05 5.68 2 791 461 4.79 3.06 5.69 Ayrıca çözüm hacminden bağımsızlaştırma işleminin başarıyla

Tork (N.m) 29.58 33.69 32.38 32.40

sonuçlandığını görmek amacıyla hız konturları kontrol edilmiştir. Kontrol edilen hız konturları:

80

Resim 11.29 560 452 eleman sayılı çözüm hacmi için hız konturu

81



82


83

12. HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ(HAD-CFD)

Hesaplamalı

akışkanlar

dinamiği;

hesaplanması

zor

olan

kompleks

problemlerin çözümünde başvurulması tasarım aşamasındayken fikir vermesi açısından zaman ve maliyet konuları kapsamında üreticiye önemli avantajlar sağlayabilen bir yöntemdir. Bu yöntemde kompleks akış, ısı, basınç gibi problemler

detaylı

olarak

bilgisayar

tarafından

hesaplanabilmektedir.

Kompleks problemlerin bu yöntemle çözümü yapılır ve yapılan çözümün gerçeğe yakın bir simülasyonu elde edilebilirse ürünün performans optimizasyonu henüz daha üretim süreci başlamadan tamamlanabilir. Bu da bize hesaplamalı akışkanlar dinamiğinin konusunun ne denli önemli olduğunu göstermektedir.

Çok fazlı akışlar, katı-sıvı etkileşim analizleri, ileri türbülans modelleri, dönen katı parçaların analizleri gibi bir çok alanda hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi

kullanılabilir.

Bu

tarz

problemlerde

hesaplamalı

akışkanlar

dinamiğinde doğru, hızlı ve ekonomik açıdan karlı sonuçlar alınabilmektedir.

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği bir çok alanda aktif olarak kullanılmaktadır bunlar; havacılık, otomotiv, ısıl sistemler, havalandırma sistemleri, gemicilik gibi alanlardır.

12.1 Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Hesaplama Adımları



Hesaplamalara başlayabilmek için ilk olarak akış hacmini uygun küçük sayıda elemana bölünmesi gerekir. Bölünen bu elemanların her birine mesh ya da hücre adı verilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken

84 şey; hücre boyutları istenileni karşılayacak derecede küçük olmalıdır. Ayrıca akış özelliklerinin sık değiştiği bölgelerde mesh boyutunun sıklaştırılıp küçültülmesi çözümün doğruya daha çabuk sürede ulaşmasını sağlayacaktır. Ancak unutulmamalıdır ki gereksiz olarak sayısını artırılan bir çözüm ağı problemin çözümünü oldukça uzatacaktır. Bu da ekonomik açıdan ek maliyet demektir. Bu yüzden 

dikkat edilmesi gereken kritik konulardan birisidir. 2 boyutlu çözümlemelerde bu hücreler alan olarak karşımıza çıkarken,



3 boyutlu hücrelerde hacim olarak karşımıza çıkmaktadır. Uygun ağ yapısı atandığından emin olduktan sonra yapılması gereken

  

ilk şey, akışkanı belirlemek ve bunu programa tanıtmaktır. Çözüm metodu seçilir. Sınır şartları belirlenir. Referans değerleri probleme uygun bir şekilde girilmelidir. Bu sonucu doğruya götüren önemli unsurlardan birisidir. Eğer uygun değerler

  

atanmazsa çözümde istenilen sonuçlara ulaşmak imkansız olacaktır. İterasyona başlayabilmek için probleme uygun ilk değer atanmalıdır. Bütün bu adımlar tamamlandıktan sonra çözüm işlemi başlatılabilir. Çözüm işlemi yakınsama sağlandığında tamamlanmış demektir. Çözüm işlemi tamamlandıktan sonra akış hacminin herhangi bir noktasında çözümünü istediğimiz değeri (hız, basınç, sıcaklık, kaldırma kuvveti, moment vb.) rahatlıkla okuyabiliriz.

12.2 Sınır Şartlarının Tanımlanması

Problemin doğru sonucunun elde edilebilmesi için en önemli koşullardan birisi sınır değerlerinin eksiksiz ve doğru olarak tanımlanması gerekir. Bunun için program varsayılan olarak duvar (wall) atar. Fluentte bulunan belli başlı sınır şartları şu şekildedir;    

Duvar (wall) İçeri akış (Inlet) Dışarı akış (outlet) Simetri (Symmetry)

85 

Periyodik (Periodic)

Resim 12.33 Tanımlanan sınır şartları

12.2.1. Duvar sınır şartı

Programda varsayılan (default) olarak atanan sınır şartıdır. Eğer sınır şartlarında bir değişiklik yapmaz, ya da isim seçme bölümünden ismin içerisinde inlet, outlet, sym, gibi diğer sınır şartlarına işaret etmeyen bir isim seçilirse o sınır şartını program otomatik olarak duvar sınır şartı olarak kabul eder. Akışkan duvardan geçemeyeceği üzerinde duvar sınır şartının olduğu bir yüzey için yüzey boyunca hızın nominal değeri sıfır olacaktır. Ayrıca kaymazlık koşulundan kaynaklı (no slip condition) yüzey üzerinde hızın teğetsel bileşeni de sıfır olarak kabul edilir. Enerji problemleri dışında genellikle duvar sınır şartında bir değişiklik yapılmaz iken, ısı problemlerinde duvara bir de ısı akısı ya da sıcaklık değeri girilmesi gerekmektedir.

86 12.2.2. İçeri akış, dışarı akış (Inlet, Outlet)

İçeri ve dışarı akış seçenekleri hız, kütle, basınçtır. Bu değerlerin kullanım koşulları probleme göre değişiklik göstermektedir. Problemin giriş şartlarında hangi değer biliniyorsa o değer girilmelidir. Örnek olarak benim problemimde sabit bir rüzgar hızı kabul edildiğinden hız girişi (velocity inlet) sınır koşulu kullanılmış, çıkış ise sistem basıncı atmosferik ortama açıldığından pressure outlet seçilmiş ve atmosferik sınır şartı tanımlanmıştır. Hız sınır şartları için türbülans özelliklerinin de biliniyor olması gerekmektedir. Bunun için Reynold sayısından yararlanılır ve akış özelliği hakkında bilgi elde edilebilir.

Hareket denklemlerinde hız ve basınç bağlıdır. Bu yüzden hız girişinde basınç belirtilmez. Çünkü bu durum numerik açıdan problemin çözümünü çok zorlaştırmaktadır. Aynı şekilde basınç girildiği durumlarda hız değeri girilmez, bu da aynı şekilde matematiksel olarak programı zorlayacaktır. Basınç belliyse hız, hız belliyse basınç kendiliğinden (ilişkili denklemler aracılığıyla) oluşacaktır.

Dışarı akış şartında hiç bir akış özelliği belirtilmez. Bunun yerine türbülans büyüklüğü, sıcaklık gibi akış özellikleri, dışarı akış yüzüne dik yönde sıfır gradyenlere sahip olmaya zorlanır. Eğer dışarı akış tam gelişmiş akış olarak çıkıyor ise bu durumda bu sınır şartı (Outflow) doğru kullanılmış olacaktır. Ancak akış hala gelişmekte ise bu sınır şartı uygun olmayacaktır ve probleme uygun başka bir sınır şartı değeri tanımlanması gerekir.

87

12.2.3 Simetri (Symmetry)

Akış hacmindeki değişkenlerin aynısının akış hacminin dışında kalan bölümde de olduğunu varsayar. Yani aslında akış özellikleri açısından bir çeşit ayna görevi görür. Benzer akış özelliklerine sahip bölgelerde kullanılması halinde bilgisayar gücünü düşürmesi açısından önemli bir sınır şartıdır. Sınır şartının verildiği yüzeyde program akış özelliklerinin simetri düzlemine dik yöndeki akış alanı değişkenlerin gradyenlerini matematiksel olarak sıfır olarak algılar.

12.2.4 Periyodik sınır şartı

Akış hacminde aynı şeklin tekrarlanması şeklinde örneğin bir sin(x) fonksiyonu şeklindeki akış için çözümün tüm alan için yapılması yerine sadece tekrar eden alan içerinde yapılması kazandıracağı zaman açısından son derece kritiktir. Bu tarz tekrarlanma durumlarında kullanılması uygun olan seçenek periyodik sınır şartıdır. Periyodik sınır şartında; sınır yüzeyi boyunca akış alanı değişkenleri , aynı şekle sahip diğer bir yüzeyle sayısal olarak bağlanır. Böylece ilk yüzeyden ayrılan akış özellikleri aynı olan ikinci yüzeye giriyormuş gibi kabul edilir. Periyodik sınır şartı kullanımına en güzel örnek turbomakinaların kanatları arasında kalan akış gösterilebilir.

Simetri ile arasındaki fark ise; simetri sınır şartının eş sınırın gerekmemesidir. Bununla beraber, simetri sınır şartında akışkan tıpkı duvar sınır şartında olduğu gibi yüzeye paralel gidebilir, yüzeyin içinden geçemez. Ancak bu durum periyodik sınır şartı için söz konusu değildir.

88

13. FLUENT MODÜLÜNDE ÇÖZÜM VE SONUÇLAR

Oluşturulan ağ yapısından bağımsızlık işlemi tamamlandıktan sonra çözüm işlemine başlanılabilir. Çözümlemelerde 2 791 461 eleman sayılı ağ yapısı kullanılmıştır. Problemin çözümünde, daha önceden yapılmış projeleri göz önüne alarak ayrıca kullanılacak olan bilgisayar gücü de göz önünde bulundurularak, k- ε

Reliazeble enhanced wall function türbülans modeli

kullanılmıştır. Yapılan çözümlere göre elde edilen teorik sonuçlar şu şekildedir: 1 2 3 c ρπR V P= 2 p

(13.1)

olduğundan kanat uzunluğu ve hız değerleri belli olduğu için elde edilecek güç bulunur.

λ=

ω

( VR )

eşitliğinden ise P=

(13.2)

ω

elde edilirse

ωT

(13.3)

sayesinde teorik tork bulunmuş olur. Bu formüllere göre hesaplanan değerler aşağıda tablo halinde verilmiştir.

Çizelge 13.9 Teorik olarak hesaplanan tork değerleri

Rüzgar Hızı(m/s)

ω (rad

/s)

Rotordan elde edilen güç (W)

Teorik Olarak Hesaplanan Tork Değeri (N.m)

89 5 10 15 20

15.79 31.59 47.37 63.16

512 4098 13832 32787

32.4 129.7 292.0 519.1

Çizelge 13.10 Fluent modülünde hesaplanan tork değerleri

Fluent Rüzgar

FL

Hızı(m/s)

5 10 15 20

(N)

4.79 19.4 43.2 76.3

Fbil

F D (N )

3.06 12.2 27.57 49.1

Modülünde

(

Hesaplanan

N)

Tork

5.69 22.9 51.25 90.7

Değeri(N.m) 32.4 130.6 292.1 517.2

Teorik Olarak Hesaplanan Tork Değeri (N.m) 32.4 129.7 292.0 519.1

600 500 400

Fluent Modülünde hesaplanan tork değeri (N.m)

300

Teorik olarak hesaplanan tork değeri

200 100 0 4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Şekil 13.19 Teorik tork ve Fluent modülünde hesaplanan tork değerinin grafiksel olarak gösterimi

90 Çizelge 13.11 Hız-Reynold sayısı

Rüzgar

Reynold

Hızı(m/s) 5 10 15 20

sayısı 130 000 250 000 380 000 530 000

Çizelge 13.12 Elde edilen en büyük y+ değeri Reynold sayısı 130 000 250 000 380 000 530 000

Max-Y+ Değeri 0.14 0.275 0.4 0.5

0.6 0.5 0.4 Y plus değerleri 0.3 0.2 0.1 0 130000

250000

380000

530000

Reynold sayısı

Şekil 13.20 Elde edilen maksimum Y+ değerlerinin Reynold sayısına göre ilişkisi

91 Şekil 13.2'den de anlaşılacağı gibi y+ değeri hız arttıkça artmıştır. Bunun sebebini eşitlik 11.1'deki formül yardımıyla anlamak daha kolay olacaktır. Bu eşitliğe göre oluşturulmuş bir ilk katman değeri sabit tutulduğunda, yani aynı çözüm hacmi için farklı çözümler alındığında Reynold sayısı arttığında y+ değerinin de artacağı görülecektir.

92 Elde edilen basınç ve hız dağılımları:



93



94


95



96


97


98



99


Resim 13.46 Kanat uç kısmı için 20 m/s hız değeri için akış hacminin

100 tamamının görünüşü

101 Hız değerlerinin vektörel olarak gösterimi


102



103


104

Resim 13.51 Kanat arkasındaki türbülanslı akışın yakından görünüşü 20 m/s hız değeri için

105 Yapılan çalışmanın iterasyon sayısından bağımsız olduğunu kanıtlamak için en yüksek Reynold sayısına ve en yüksek eleman sayılı çözüm 20 000 iterasyondan fazla yapılmış ve çözümün sonucunun iterasyon sayısı ile ilişkisi olmadığı kanıtlanmıştır.

Resim 13.52 Hız 20 m/s için çözüm iterasyon sayısı

Çizelge 13.13 Rüzgar hızı ve kanat üzerindeki basınç ile hız değerlerinin değişimi

Kanat

Kanat

Kanat üzerinde

Kanat üzerinde

üzerinde

üzerinde

Hı

meydana gelen

meydana gelen

meydana

meydana

z

en yüksek

en düşük basınç

gelen en

gelen en

basınç (Pa)

(Pa)

yüksek hız

düşük hız

-47.6 -195 -420 -691

(m/s) 7.45 15.0 22.3 29.2

(m/s) 0 0 0 0

5 10 15 20

16.1 68.7 157 262

106

400 262

200

157 22

68.7 Kanat meydana 20 üzerinde 18 16 14 gelen 12en düşük 10 basınç 8 (Pa)6

16.1 0 -47.6 4

-195

Basınç

-200 -400

-420 Kanat üzerinde meydana gelen en yüksek basınç (Pa) -691

-600 -800

Rüzgar hızı

Şekil 13.21 Rüzgar hızı ve kanat üzerindeki en yüksek ve en düşük basınç değerlerinin değişimini gösteren grafik

35 30 25 Kanat üzerinde meydana gelen en yüksek hız (m/s) 20 Kanat üzerindeki hız

15 10

5 Kanat üzerinde meydana gelen en düşük hız (m/s) 0 4

6

8

10

12

14

16

18

20

Rüzgar hızı

Şekil 13.22 Rüzgar hızı ve kanat üzerindeki en yüksek ve en düşük hız değerlerinin değişimini gösteren grafik

22

107

108

14. SONUÇ VE ÖNERİLER

Dünyada artan nüfus ile birlikte ihtiyaç duyulan enerji miktarı da hızla artmıştır. Bununla birlikte fosil enerji kaynaklarının hızla tükenmesi yeni enerji arayışlarını

da

beraberinde

getirmiştir.

Bu

nedenle

rüzgar

enerjisi

kullanılmaya başlanmış, özellikle 1970'li yıllarda yaşanan petrol krizinden sonra çok ciddi gelişme göstermiştir. Böylelikle modern anlamda bugünkü üç kanatlı rüzgar türbinlerinin temeli atılmıştır. Rüzgar kaynağının güneş var olduğu sürece asla tükenmeyecek oluşu ve çevreye verdiği zararların çok düşük seviyede oluşu dolayısıyla diğer yenilenebilir enerji kaynakları gibi rüzgar

enerjisinden

yararlanma

konusunda

ve

türbin/kanat

verimini

arttırmaya yönelik çalışmalara hız kazandırılmıştır.

Bu çalışmada düşük kapasiteli, Sinop ilindeki hava şartları baz alınarak bir çalışma yapılmıştır. Türbin kanadının analizi CFD yöntemle belirlenmiş ve türbinden elde edilecek tork değeri FLUENT programı ile belirlenmiştir. Elde edilen bu değerler teorik tork ile kıyaslanmıştır.

Çalışmanın başında rüzgar enerjinin tarihçesi hakkında bilgilendirilme yapılmış,

avantajları-dezavantajları

hakkında

detaylı

incelemelerde

bulunulmuş, türbin çeşitleri açıklanmıştır. Daha sonra 3 kanatlı rüzgar türbini bileşenleri detaylı olarak açıklanmıştır.

Yapılan çalışmada 3 kanatlı rüzgar türbinlerinden elde edilecek enerji hesaplamasının nasıl yapılacağı farklı teorik yaklaşımlarla yapılmış ilgili formüller detaylı olarak verilmiştir. Daha sonra bu formüller ışığında kanat boyutlandırılması yapılmış yapılan kanat tasarımına göre elde edilecek

109 güç/tork farklı rüzgar hızları için teorik olarak belirlenmiştir. Teorik olarak belirlenen bu değerlerin kontrolü için ANSYS WORKBENCH programının FLUENT modülü kullanılmış teorik olarak elde edilen veriler desteklenmiştir.

Elde edilen sonuçlar ışığında rüzgar hızı arttıkça kanat arkasında kopmaların arttığını türbülans yoğunluğunun sıklaştığını, kanat üzerindeki maksimum hız ve basınç değerlerinin arttığını, kanat üzerindeki minimum basınç değerinin azaldığını yani kanat alt yüzeyi ve üst yüzeyi arasındaki basınç farkının arttığını görmekteyiz. Bu da kanadın kaldırma kuvvetinin rüzgar hızı arttıkça arttığını göstermektedir.

3 kanatlı küçük rüzgar türbinin tasarımının ve analizinin yapıldığı bu çalışma için, rüzgar hızına göre elde edilecek maksimum güç/tork değerleri tespiti ve kanat performansı incelenmesi gibi çalışmalar için referans olabileceği kanısına varılmıştır.

110

KAYNAKLAR Ackermann T., ‘‘Wind Power İn Power Systems’’ John Wiley and Sons, Stockholm, Sweden, 11-21 (2005).

Akova, İ., “Rüzgar Gücü’’, Yenilenebilir enerji kaynakları 2.Basım, Nobel Yayın Dağıtım, Ankara, 77-115 (2008).

Ansys CFX Tutorials, Ansys Inc., 2010

Aslan, P., Kalkan. U., Yang. Y., Özgen, S., Şahin, M., Gürses, E., Yaman, Y., ''Büyük oranda şekil değiştirebilen kanat yüzeylerinin aerodinamik yükler altındaki davranışları'', Odtü havacılık ve uzay mühendisliği bölümü

Burton T., Sharpe D., Jenkins N., Bossanyi E., ‘‘Wind Energy handbook’’, John Wiley and Sons, Wiltshire, Büyük Biritanya, 1-9, 421-464 (2001).

Busby R.L., ‘‘Wind Power, 1. Baskı’’, Penn Well Corporation, Oklahama, USA, 1-24, 45-59, 317-357 (2012).

Cao, H., ''Aerodynamics analysis of small horizontal axis wind turbine blades using 2D and 3D CFD modelling'', lisans bitirme tezi, University of Central Lancashire, Preston, England (2011)

Cengiz Ç., ''Slatlı Kanat Profillerinin etrafındaki düşük reynolds sayılı hava ve su akışlarının incelenmesi ve aerodinamik performans analizleri'', yüksek lisans tezi, Başkent Üniversitesi Enerji Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara (2010).

Chiras D., Sagrillo M., Woofenden I., ‘‘Power From the Wind, 1.Baskı’’, New Society Publishers, Gobriola Adası, Kanada, 1-22, 45-49, 145-148 (2009).

111 Çiçek A., “Yatay Eksenli Rüzgar Türbini Dizayn ve İmalatı”, Yüksek lisans tezi, Nigde Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Niğde, (2002)

Durak M., Özer S., ‘‘Rüzgar Enerjisi: Teori ve Uygulama 1.Baskı’’, İmpress Baskı, Ankara, 1-25, 197-227, 431-440, 509-538 (2008).

Fanchi J.R., ‘‘Wind and Water’’, Energy in the 21st century, birinci baskı, World Scientific, Colorado, USA, 92-100 (2005).

Gipe P., ‘‘Wind Power, genişletilmiş baskı’’, Chelsea Green Publishing Company, Vermont, 83-92, 147-162 (2004).

Hansen M., O., L., ''Aerodynamics of wind turbines; rotors, loads and structure'', James and James ltd, London, (2000).

Hansen M., O., L., ''Aerodynamics of wind turbines, second edition'' Earthscan, London, Sterling, VA, (2008).

Ingram G., '' Wind Turbine Blade Analysis using the Blade Element Momentum Method'', Durham University, 5-14, (2011).

İnternet:YEGM, ‘‘2013 Türkiye Rüzgar Enerjisi Haritası” http://www.YEGM .gov.tr, http://www.YEGM .gov.tr/yenilenebilir/ruzgar.aspx (2013).

İnternet: ETKB, ‘‘2013 Türkiye dağılımı’’http://www.enerji.gov.tr (2013).

ortalama

yıllık

rüzgar

hızı

İnternet: EWEA, 2012, ‘‘Wind in power 2012 european statistics’’ http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/Wind_in_po wer_annual_statistics_2012.pdf (2013).

İnternet: GWEC, ‘‘2013 Global statistics http://www.gwec.net/global-figures/graphs/ (2013).

of

wind

energy’’

112 İnternet: GWEC, ‘‘Global wind energy: Solid growth in http://www.gwec.net/global-wind-energy-solid-growth-2012-2/ (2013).

2012’’

İnternet: TUREB, ‘‘Türkiye Rüzgar Enerjisi İstatistik Raporu, Ocak 2013’’ http://www.tureb.com.tr/tr/duyurular/56-turkiye-ruzgar-enerjisi-istatistikraporu-ocak-2013 (2013).

Keleş, D., Ayhan, V., Parlak, A., Cesur, İ., Boru, B., ''Bir rüzgar türbini tasarımı ve geliştirilmesi'',SAÜ. Fen Bil. Dergisi 17.cilt, 2.sayı s 207-216, (2013).

Onat, C., Kepçeler, T., Orgül, B., O., ''Rüzgar türbini kanatlarının katı modellenmesi'', Mühendis ve Makina cilt:45 sayı:533

Öztürk, H.,‘‘Rüzgar enerjisi’’, Yenilenebilir Enerji Kaynakları ve Kullanımı, Teknik Yayın Evi, Ankara, 157-195 (2008).

Önder M., ''Yatay Eksenli Rüzgar Türbini Kanadının Bilgisayar Destekli Tasarımı'', Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 15-41, (2006)

Patel, H., Damania, S., ''Performance prediction of horizontal axis wind turbine blade'', International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, vol. , Issue 5, (2013).

Tang, X., ''Aerodynamic design and analysis of small horizontal axis wind turbine blades'', doktora tezi, University of Central Lancahire, Preston, UK, (2012)

Wilson R., E., “Aerodynamic Behavior of Wind Turbines”, Wind turbine technology fundamentals concept of wind turbine engineering, Spera D., A., Asme Press, New York (1998)

113

EKLER

114

EK-1. NACA 2412 Damla Yapısı

115

EK-2. Kanat Kordinat Verileri

0.383277 0.078574

1.000000 0.001260 0.998459 0.001579

0.345492 0.079203

0.993844 0.002529

0.308658 0.078957

0.986185 0.004092

0.273005 0.077832

0.975528 0.006241

0.238751 0.075842

0.961940 0.008935

0.206107 0.073015

0.945503 0.012126

0.175276 0.069397

0.926320 0.015759

0.146447 0.065047

0.904508 0.019774

0.119797 0.060040

0.880203 0.024103

0.095492 0.054458

0.853553 0.028679

0.073680 0.048395

0.824724 0.033430

0.054497 0.041945

0.793893 0.038286

0.038060 0.035205

0.761249 0.043173

0.024472 0.028266

0.726995 0.048022

0.013815 0.021212

0.691342 0.052761

0.006156 0.014114

0.654508 0.057319

0.001541 0.007031

0.616723 0.061627

0.000000 0.000000

0.578217 0.065618

0.001541 -0.006723

0.539230 0.069226

0.006156 -0.012893

0.500000 0.072385

0.013815 -0.018496

0.460770 0.075035

0.024472 -0.023521

0.421783 0.077122

0.038060 -0.027955

116 0.054497 -0.031788 0.073680 -0.035016 Ek-2. (Devam) 0.654508 -0.024516 0.095492 -0.037640

0.691342 -0.022192

0.119797 -0.039668

0.726995 -0.019903

0.146447 -0.041119

0.761249 -0.017674

0.175276 -0.042022

0.793893 -0.015525

0.206107 -0.042413

0.824724 -0.013474

0.238751 -0.042342

0.853553 -0.011536

0.273005 -0.041864

0.880203 -0.009725

0.308658 -0.041043

0.904508 -0.008055

0.345492 -0.039946

0.926320 -0.006539

0.383277 -0.038644

0.945503 -0.005190

0.421783 -0.037174

0.961940 -0.004021

0.460770 -0.035446

0.975528 -0.003044

0.500000 -0.033496

0.986185 -0.002272

0.539230 -0.031379

0.993844 -0.001712

0.578217 -0.029148

0.998459 -0.001373

0.616723 -0.026846

1.000000 -0.001260

117

118

EK-3. Y+ değerleri grafikleri

Şekil 23 y+değerleri rüzgar hızı 5 m/s

119


Ek-3 (Devam)


120


EK-4 Sinop ili rüzgar hızı dağılımı

121

Resim 14.53 Sinop ili için rüzgar hızları

Rüzgar Türbine bitirme projesi

Recommend Documents