Evsel Elektrik ihtiyacının Karsılanması için Rüzgar Türbini Tasarımı; Bu çalışmada Rüzgar enerjisinin, Türkiye’deki potansiyel kullanım alanları incelenmis ve ne tipte ve büyüklükte türbin kullanılabilecegi belirlenmistir. Daha sonra böyle bir türbinin aerodinamik tasarımı saptanıp, beklenen performansı hesaplanmıs ve buna baglı olarak da üretilecek enerjinin maliyetinin ne düzeyde olabilecegi öngörülmeye çalısılmıstır.

Weibull dagılımı yardımıyla mevcut rüzgar verileri kullanılarak potansiyeli yüksek bölgeler tespit edildi.Türbin güçlerindeki degisime göre maliyet ve rotor süpürme alanlarında degisimin ne oldugu incelendi ve diger bazı faktörlerde göz önüne alınarak türbin gücü olarak 600 kW seçildi. Tasarlanacak türbinin aktif stall kontrollü ve iki hızlı olmasına karar verildi. Tasarımı 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. Türbinin tasarım uç hız oranı 6 olarak belirlendi. Profil olarak Delft University tarafından gelistirilen DU profilleri kullanıldı. Bu özelliklere sahip ideal pala tasarlandıktan sonra geometride düzeltme yapıldı. Tasarımı yapılan türbinin güç egrisi ve güç kontrolü için gerekli pala döndürme açıları belirlendi. Türbin geometrisi aynı kalmak kaydıyla nominal hıza ulastıgında uç hız oranı 6 degil 5 olacak sekilde çalısırsa elde edilecek yeni rotor çapı ve güç ergisi belirlendi. Yeni çalısma biçimiyle rotorun çapı 37,5 metreden 44,8 metreye, Bandırma’da pürüzlülük sınıfı 1 olan bölgedeki kapasite faktörü de %25’9 dan %31,8’e yükseldi. Türbinin devir sayısında yapılan bu degisiklik ile enerji üretiminde %23 gibi önemli bir artıs saglanabilecegi görüldü.

Türbinin performansı ve çesitli bölgelerde üretmesi beklenen yıllık enerji miktarları hesaplandıktan sonra, bu yörelerde üretilecek enerjinin birim maliyetinin ne düzeyde olabilecegini bulmak için, EWEA tarafından verilen degerler 5 adet 600 kW’lık türbinden olusacak 3MW’lık bir rüzgar çiftligi üzerinde kullanıldı. Elde edilen sonuçlara göre potansiyel olarak ele alınan yörelerde elektrik enerjisi üretiminin birim maliyetinin 2,8-5,1 cent/kWh arasında degisecegi görüldü.

EVSEL ELEKTRİK İHTİYACININ

KARSILANMASI İÇİN RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI

GÖKHAN EMNİYETLİ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

1. GiRiS 1

1.1. Rüzgar Enerjisinin Diger Enerji Üretim Metotları ile Kıyaslaması 1

1.2. Türkiye Elektrik Enerjisi Üretim ve Tüketimine Genel Bakıs 3

1.3. Dünyada ve Türkiye’de Rüzgar Enerjisi Potansiyeli ve Kullanımı 4

2. KULLANILAN RÜZGAR VERiLERi VE ELDE ETME

YÖNTEMLERi 9

2.1. Rüzgar Verilerinin istatistiksel Analizi 9

2.2. Pürüzlülük Sınıfları ve Rüzgar Hızı Pofilleri 11

2.2.1. Pürüzlülük katsayısı için pürüzlülük uzunlugu cinsinden bagıntı 13

2.2.2. Pürüzlülük katsayısı için pürüzlülük uzunlugu ve hız cinsinden bagıntı 13

2.2.3. Pürüzlülük katsayısı için hız ve yükseklik cinsinden bagıntı 14

3. TÜRKiYE’NiN RÜZGAR ENERJiSi POTANSiYELi YÜKSEK

OLAN BÖLGELER 15

4. RÜZGAR TÜRBiNLERiNiN SINIFLANDIRILMASI 22

4.1. Düsey Eksenli Ve Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri 22

4.1.1. Düsey eksenli rüzgar türbinleri 22

4.1.2. Yatay eksenli rüzgar türbinleri 24

4.1.2.1. Yavas hızlarda çalısan rüzgar türbinleri 24

4.1.2.2. Yüksek hızlarda çalısan rüzgar türbinleri 25

4.1.2.3. Önden rüzgarlı türbinler 26

4.1.2.4. Arkadan rüzgarlı türbinler 27

4.2. Güç Kontrolü Sistemi 27

4.2.1. Stall kontrollü türbinler 28

4.2.2. Pitch kontrollü türbinler 29

4.2.3. Aktif stall kontrollü türbinler 31

4.3. Rotor Hızı 32

4.3.1. Sabit hızlı türbinler 32

4.3.2. Degisken hızlı türbinler 33

4.4. Kullanım Yeri 34

4.4.1. Sebeke baglantılı rüzgar türbinleri 34

4.4.2. Sebeke baglantısız rüzgar türbinleri 36

5. TÜRBiN BOYUTU 38

6. RÜZGAR TÜRBiNi TEKNOLOJiSi 40

6.1. Rüzgar Türbini Elemanları 40

6.1.1. Disli kutusu 41

6.1.2. Rotor 41

6.1.3. Anemometre 42

6.1.4. Otomatik yöneltme düzeni 43

6.1.5. Frenleme düzeni 44

6.1.6. Yaw mekanizması 44

6.1.7. Elektronik kontrolcü 46

6.1.8. Jeneratör 46

6.1.9. Sogutma sistemi 46

6.1.10. Platform ve kule 47

viii

SAYFA NO

6.2. Rüzgar Türbinlerinin Çevre Etkileri 47

6.3. Rüzgar Santrallerinde Park Etkisi, Kuyrukyeli Etkisi 49

6.4. Rüzgar Türbinlerinin Bakımı 50

6.5. Rüzgar Türbini Güvenligi 50

7. JENERATÖR VE AKTARMA SiSTEMLERi 52

7.1. Jeneratör 52

7.1.1. Senkron jeneratörler (Alternatörler) 54

7.1.2. Asenkron jeneratörler (indüksiyon jeneratörleri) 54

7.2. Aktarma Sistemi 56

8. TÜRBiNiN AERODiNAMiK TASARIMI 58

8.1. Tasarım Ön Kabullerinin Belirlenmesi 59

8.1.1. Pala sayısı 59

8.1.2. Uç hız oranı 60

8.1.3. Dizayn hızı 61

8.1.4. Profiller 62

8.2. Boyotsuzlastırma 65

8.3. Tasarım Hedefleri ve Kabuller 66

8.4. Tasarımda izlenen Adımlar 67

8.4.1. ideal türbinin tasarımı 67

8.4.2. Geometrinin düzeltilmesi 68

8.4.3. Türbin performansının belirlenmesi 70

8.4.4. Aerodinamik katsayıların hesabı 72

9. ELDE EDiLEN PALA GEOMETRiLERi VE TÜRBiN

PERFORMANSI 73

9.1. Optimum Palaya En Yakın Dagılıma Sahip Pala 73

9.2. Burulma Açısı Azaltılmıs Pala 75

9.3. Devir Sayısı Düsürülmüs Türbin 82

ix

SAYFA NO

10. MALiYET 86

10.1. Kurulus Maliyeti 86

10.1.1. Türbin maliyeti 86

10.1.2. Tesis maliyeti 87

10.2. isletme Maliyeti 87

10.3. Yaklasık Maliyet Hesabı 88

10.4. Geri Ödeme Süresi 91

11. SONUÇLAR VE TARTISMA 95

KAYNAKLAR 98

ÖZGEÇMiS 101

EKLER 102

İlgili tezin tamamını aşağıdaki uyarıları kabul etmek koşuluyla inceleyebilirsiniz.

5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunu'na göre bir eserin telif hakkı eser sahibine aittir.

Eser sahibi, bu tezin arşivlenmesi, tamamen veya kısmen çoğaltılması, ödünç verilmesi, dağıtımı ve yayınlanması için Yükseköğretim Kurulu Tez Merkezine, münhasır olmayan izin vermiştir.

Yazarın bu tezle ilgili her türlü fikri mülkiyet hakkı saklıdır.

Tezin sayısal kopyası 'pdf' dosyası olarak bilgisayarınıza indirilerek kaydedilebilir, ancak kopyalanıp basılamaz.