Geri Dön

Türkiye'deki rüzgar gücü potansiyeline göre türbin güçlerinin saptanması ve tasarımı

Determining the turbine power and desing according to wind energy potential in Turkey

  1. Tez No: 154663
  2. Yazar: BARIŞ SAMSUN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. METE ŞEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2004
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 135

Özet

TÜRKİYE'DEKİ RÜZGAR GÜCÜ POTANSİYELİNE GÖRE TÜRBİN GÜÇLERİNİN SAPTANMASI VE TASARIMI ÖZET Günümüzde çığ gibi büyüyen çevresel sorunlar, bu sorunun önemli bir kısmını oluşturan enerji üretiminde güneş, rüzgar ve biomass gibi alternatif enerji üretimi metotlarına olan ilgiyi arttırmakta. Bu çalışmada alternatif enerji üretimi metotları arasında önemli bir yere sahip olan rüzgar enerjisinin, Türkiye'deki potansiyel kullanım alanları incelenmiş ve ne tipte ve büyüklükte türbin kullanılabileceği belirlenmiştir. Daha sonra böyle bir türbinin aerodinamik tasarımı saptanıp, beklenen performansı hesaplanmış ve buna bağlı olarak da üretilecek enerjinin maliyetinin ne düzeyde olabileceği öngörülmeye çalışılmıştır. Çalışmada öncelikle rüzgar verileri için kullanılacak istatistiksel metotlar karşılaştırıldı ve Weibull dağılımının kullanılmasına karar verildi. Bu dağılım yardımıyla mevcut rüzgar verileri kullanılarak potansiyeli yüksek bölgeler tespit edildi. Belirlenen bölgeler Amasra, Bandırma, Bozcaada, Çanakkale, Erzurum, Pınarbaşı ve Sinop oldu. Bu yörelerde maksimum enerjiye sahip hızlar Weibull katsayıları yardımıyla tespit edildi ve bu değerlerin 50 m yükseklikte 1 1,5 - 13 m/sn aralığında değiştiği görüldü. Türkiye'deki rüzgar enerjisi potansiyeli ile ilgili değerlendirmeden sonra, uygun türbin gücünün ne olacağı ve türbinin genel konfigürasyonu belirlendi. Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği'nin verileri kullanılarak türbin güçlerindeki değişime göre maliyet ve rotor süpürme alanlarında değişimin ne olduğu incelendi ve diğer bazı faktörlerde göz önüne alınarak türbin gücü olarak 600 kW seçildi. Ardından güç kontrolü ve rotor dönüş sistemleri incelendi ve tasarlanacak türbinin aktif stall kontrollü ve iki hızlı olmasına karar verildi. Bu aşamalardan sonra, tasannu yapılacak türbinin rotorundan elde edilmesi gereken gücü belirleyecek olan jeneratör ve aktarma sistemi verimleri belirlenip aerodinamik tasarıma geçildi. Aerodinamik tasarımda önce rotorun genel yapısı üzerinde duruldu ve rüzgar yönünde, üç palalı bir türbinde karar kılındı. Daha sonra uç hız oranlarına bağlı olarak ulaşılabilecek maksimum güç katsayılarını veren bir ampirik ifade yardımıyla türbinin tasarım uç hız oram 6 olarak belirlendi. Profil olarak Delft University tarafında geliştirilen DU profilleri kullanıldı. Bu özelliklere sahip ideal pala tasarlandıktan sonra geometride düzeltme yapıldı. Önce veter dağılımı lineerleştirilip, burulma açısı dağılımı, en yalan değerleri verecek bir eksponansiyel fonksiyon ile temsil edildi. Fakat bu fonksiyon kökte yüksek burulma açılarına sebep oluyordu, bu sebeple kökteki burulma açışım azaltacak ikinci bir eksponansiyel fonksiyon belirlendi. Yeni burulma açısı ile palada kayda değer bir performans düşüşü gözlenmedi. Tasarım belirlendikten sonra sıra rotorun performansının incelenmesine geldi. Tasannu yapılan türbinin güç eğrisi ve güç kontrolü için gerekli pala döndürme açılan belirlendi. Pala döndürme açılarının literatürde belirtilen Xİİİdeğerler ile uyumlu olduğu görüldü. Daha sonra türbinin Bandırma' da pürüzlülük sınıfı 1 olan bölgede göstereceği performans belirlendi ve kapasite faktörü %25,8 olarak hesaplandı. Bu değer limitlerin çok dışında kalmasa da tam anlamıyla tatmin edici bir sonuç değildi. Bu sebeple tiirbinin çalışma şeklinde bir değişikliğe gidildi. Türbin geometrisi aynı kalmak kaydıyla nominal hıza ulaştığında uç hız oram 6 değil 5 olacak şekilde çalışırsa elde edilecek yeni rotor çapı ve güç eğrisi belirlendi. Yeni çalışma biçimiyle rotorun çapı 37.5 metreden 44,8 metreye, kapasite faktörü de %25,8'den %31,8'e yükseldi. Türbinin devir sayısında yapılan bu değişiklik ile yıllık enerji üretiminde %23 gibi önemli bir artış sağlanabileceği görüldü. Bu değişikliğin olumlu etki gösterdiğinin görülmesi üzerine, türbinin potansiyeli yüksek yörelerde gösterebileceği performansın tahmin edilebilmesi için bu yörelerin Weibull katsayıları yardımıyla hesaplama yapıldı. Sonuçlar, kapasite faktörlerinin beklendiği biçimde Erzurum ve Sinop'ta düşük olacağım, diğer bölgelerdeki kapasite faktörlerinin ise tatmin edici düzeylerde olacağım gösterdi. Türbinin performansı ve çeşitli bölgelerde üretmesi beklenen yıllık enerji miktarları hesaplandıktan sonra, bu yörelerde üretilecek eneğinin birim maliyetinin ne düzeyde olabileceğini bulmak için, EWEA tarafından verilen değerler 25 adet 600 kW'hk türbinden oluşacak bir rüzgar çiftlik üzerinde kullanıldı. Elde edilen sonuçlara göre potansiyel olarak ele alınan yörelerde elektrik enerjisi üretiminin birim manyetinin 3- 5 sent/kWh arasında değişeceği görüldü. Türkiye'de daha önce kurulmuş iki rüzgar çiftliğinden elektrik alımı için yapılan sözleşmelerdeki ortalama 6,5 sent/kWh'hk fiyat, bu yönde yapılacak yatırımın karlı olabileceğini gösterdi. xiv

Özet (Çeviri)

DETERMINING THE TURBINE POWER AND DESIGN ACCORDING TO WIND ENERGY POTENTIAL IN TURKEY SUMMARY Increasing environmental problems attract attention to alternative energy methods like solar, wind and biomass in energy production, which causes a great part of the environmental problems. In this study, the potential areas for wind energy applications in Turkey have been researched and optimum turbine size and type have been determined. Then the aerodynamic design of such turbine has been completed and its performance has been estimated. First, the statistical methods for wind data analysis have been compared and Weibull Distribution seemed to be the best choice. High potential areas for wind energy applications have been determined using the wind data. These areas were Amasra, Bandırma, Bozcaada, Çanakkale, Erzurum, Pınarbaşı and Sinop. Wind velocities containing the maximum energy have been calculated using Weibull parameters and these were between 1 1.5-13 m/sec. After the evaluation of wind energy potential in Turkey, the optimum turbine size and configuration have been determined. Comparing the cost and swept area versus turbine power for different turbine sizes using the data of European Wind Energy Association and considering some other factors, the turbine power has been set as 600 kW. Then power control methods and rotor speed configurations have been compared and the turbine was decided to be designed as an active stall controlled, two-speed turbine. After completing these steps, generator and transmission system efficiencies, which would determine the necessary rotor power, have been determined and aerodynamic design has been initiated. First step of the aerodynamic design was setting the general rotor configuration and an upwind turbine with three blades has been chosen. Then the design tip speed ratio of the turbine was chosen 6 using an empirical equation, which provides the maximum power coefficients versus design tip speed ratios. DU airfoils of Delft University have been used as blade section airfoils. After designing the optimum blade with above-mentioned characteristics, its chord distribution has been linearly tapered and the twist distribution has been modified with an exponential function, which would give the closest twist distribution to the optimum one. But this twist distribution was increasing the twist angles of the root sections. So another exponential function has been determined in order to decrease the twist angles in the root region. New twist distribution caused no noteworthy decrease in performance. After finishing the turbine design, next step was calculating rotor performance. Power curve and pitch angles for power control were plotted. Pitch angles were found to be in close agreement with the relevant data in the literature. Turbine performance on a roughness class 1 site in Bandırma was calculated and capacity factor was 25,8%. This value was in limits but not completely satisfying, so turbine xvoperation was modified in order to enhance the performance. The rotor diameter and power curve were calculated on condition that turbine geometry would stay exactly the same but it would run with a tip speed ratio of 5 instead of 6 at nominal velocity. The new operation style increased the rotor diameter from 37,5m. to 44,8 m and the capacity factor from 25,8% to 31,8%. The aforementioned modification in rotational speed has increased the calculated annual energy production 23%. Since this modification was improving the turbine performance, performance predictions for this turbine on high potential areas were carried out using Weibull parameters of said areas. The results indicated that the turbine would operate with low capacity factors in Erzurum and Sinop as expected, but capacity factors in other regions would be satisfying. After calculating the turbine performance and annual energy production in several regions, EWEA data on wind turbines and energy production costs were used in order to calculate the unit energy production cost for a wind farm of 15 MW, which consists of 600 kW turbines of 25 in these sites. The results indicated that unit energy production cost in potential areas would vary between 3-5 cent/kWh. 6,5 cent/kWh average purchase price in two wind farms in Turkey shows that investment on wind energy would be a profitable investment. xvi

Benzer Tezler

  1. Tez No

    814078

    Türkiye rüzgâr enerjisi potansiyelinin olasılık dağılım parametreleri kullanılarak bölgelere göre analizi

    Analysis of turkey's wind energy potential by regions using probability distribution parameters

    ALİ ORHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medeniyet Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KÜRŞAT AYAN

  2. Tez No

    706777

    Potential wind farm design in Western Black Sea region of Turkey

    Türkiye'nin Batı Karadeniz bölgesinde potansiyel rüzgar çiftliği tasarımı

    RAHMAN GAHRAMANOV

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERDAR BEJI

  3. Tez No

    476783

    Analysis of hybrid wind-solar power plant for itu Ayazaga Campus

    İTÜ Ayazağa Yerleşkesi için rüzgar/güneş hibrit güç santralı analizi

    NIMA JAFARZADEH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. BURAK BARUTÇU

  4. Tez No

    275474

    Doğu Karadeniz havzasındaki hidroelektrik potansiyelin değerlendirilme durumu

    Evaluation state of hydroelectric potential in the Eastern Black Sea basin

    ÇAĞRIHAN KARSTARLI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT İHSAN KÖMÜRCÜ

  5. Tez No

    654042

    Şebekeye bağlı fotovoltaik çatı sisteminin performans analizi

    Performance analysis of grid-connected photovoltaic roof system

    ÖZGE ÖZCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERCAN İZGİ

Geri Dön