Rüzgar Enerjisi. Dr. Öğr. Üyesi Engin HÜNER,

Transkript

1 Rüzgar Enerjisi Dr. Öğr. Üyesi Engin HÜNER,

2 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır. Eski yunanlılar ve romalılar yelkenli gemilerde Yel değirmeninde dairesel hareketi ise orta ve doğu asya toplumlarında görülmüştür. İran, Afganistan, Pakistan, Tibet ve Doğu Asya ve Çin Mö kullanıldığına rastlanmaktadır. İlk yazılı bilgiler M.Ö yıllarında yatay eksenli değirmenler görülmekte M.Ö. 700 lü yıllarda İranlıların da düşey eksenli yel değirmenleri kullandığına dair somut kanıtlar vardır. İngiltere de 11. ve 12. yüzyılda, 1190 lı yıllarda Alman Haçlıları yel değirmenlerini Suriye den ülkelerine götürmüşlerdir. En eski ise MÖ 1700 lü yıllarda Babillilerin Mezopotamya civarında sulama amaçlı yel değirmeni kullandığı tarihçiler tarafından belirtilmektedir.

3 TARİHÇE Elektrik üretimi ilk Danimarka da başlamıştır. Şekil. Dikey eksenli İran yel değirmeni (3 m lik kaide üzerine konulmaktadır.)

4 İran yel değirmeni TARİHÇE

5 TARİHÇE Pakistan kuzey güney yönünde 2 metre bir boşluk vardır. Pervane yerden 3m yüksekte 4,5 m çapındadır. Milin çapı 50 cm dir. Günde 1 tona yakın tahıl işlemektedir.

6 Yel Değirmeni Çeşitleri 1. Post Yel Değirmeni 1100 lü yıllar düşey eksenden yatay eksene geçiş bu modelle olmuştur.

7 Ayak tasarımı sonraları şekilde görüldüğü gibi değiştirilmiştir. Kullanılan ağaçlar 100 yaşındaki meşe ağacıdır.

8 Post yel değirmeni iletim hattı tasarımı Yataklamalarda kayıplar söz konusudur.

9

10 2- Wip Yel Değirmeni (Wipmolen) Hollanda da en fazla kullanılan tip Su çekme amaçlı kullanılmıştır Daha sonraları tahıl içinde kullanılmıştır

11 3- Galeri Yel Değirmeni Yerden 22 m yükseğe kadar çıkabilmektedir. Hollanda Eibergen Bölgesinden bir değirmen 1700 lü yıllardan itibaren kullanılmıştır

12

13 4- Smock Yel Değirmeni Genellikle 4 kanatlı pervanelidir. Hollanda ve Güney Fransa da çok kullanılmıştır. En önemli fark kuyruk pervane ile rüzgarın geldiği yöne dönebilmektedir lü yıllarda başlamış Hollanda da lü yıllarda popüler olmuştur.

14 5- Kule Yel Değirmeni (Tower Windmill) Diğerlerine göre daha büyüktür. İşleten içinde yaşamaktadır. Diğerlerine göre daha uzundur. Rüzgar hızının düşük olduğu bölgelerde kullanılmıştır.

15 6- Akdeniz Yel değirmeni Akdeniz kıyı ülkelerde kullanılmıştır. 4 kanatlı bezden yapılmıştır. Kule tipine benzer 1600 lü yıllarda kullanılmıştır. Aşağıdaki İspanya dan örnek

16 7- Diğer Tasarımlar İngiltere beton ayaklar üzerine yapılan

17 Amerika Birleşik Devletlerinde 1800 lü yıllarda en belirgin özellik kafes yapıya sahip olan Genel amaç su çekmek için 1888 yılında Cleveland Ohio da Charles F. Brush tarafından elektrik üretimi sağlanmıştır. DC dinamo kullanılmıştır. Önce Brush elektrik sonrada Edison General Elektrik ile birleşmiştir kışında 17 metre ile en büyük pervane çapına sahip rüzgar türbini geliştirilmiştir. 12 kw kurulu güce sahip sebebi pervanenin yavaş dönmesidir.

18 Rüzgar Enerjisi Farklı Uygulamalar 1- Rüzgar Su Çekme (Windpumping) Su ihtiyacı buna uygun pervane tasarımı Teknik su çıkışı: Rüzgarın çıkarabileceği su miktarı Efektif su çıkışı: Çiftçinin kullandığı su miktarı (hasat boyunca ihtiyaç olmayabilir)

19 Efektif su çıkışı belirlenmeli Gerekn su miktarı hesaplanmalı Belirlenen hacimdeki suyun çıkarılması için enerji hesabı yapılmalı E=ρ g H Q (Joule) E : Gerekli hidrolik enerji (joule) ρ : Suyun yoğunluğu (1kg/m^3) g : Yer çekimi kuvveti (9,81 m/s^2) H : Toplam yükseklik (m) Q : Su miktarı (m^3)

20 1 metre m^3 su kWh 10 metre m^3 su kWh 100 metre ,67 m^3 su kWh 1kWh = 3,6 Mjoule Pratikte daha fazla enerjiye gereksinim vardır.???

21 Kayıplar söz konusudur. Dönüşüm kayıpları, iletim kayıpları, pompa kayıpları, borudaki kayıplar

22 Rüzgar su çekme sistemi genel tasarımı

23 Rüzgar su çekme sistemi tasarımı 1- Su ihtiyacının belirlenmesi İhtiyaç olunan su (m^3/gün) ortalama günlük su tüketimi Kayıplar göz önünde tutulmalıdır. 2-Rüzgar potansiyelinin belirlenmesi En az 10 m yükseklikte 1 yıl boyunca rüzgar hız ve yön ölçümü Ölçüm pahalı olacağı için en yakın meteroloji istasyonu verileri ile korelasyon yapılabilir. Yüzey pürüzlülüğü: Sürtünme olan bir yüzeyde akış hızı sıfıra gider. Rüzgar sahaları için baz aldığımız yüzeyde sıfır kabul edilen hız yerden yükseldikçe artış gösterir. Ta ki yüzey etkilerinden bağımsız ve daha büyük ölçeklerde gerçekleşen jeostrofik rüzgarlar adı verilen akış koşullarına ulaşana kadar. Logaritmik bir değişim gösteren rüzgar hızı artık değişmediği yüksekliğe kadar olan bölgeye atmosferik sınır tabakası denir.

24 Pürüzlülük uzunluğu z0 tabloda verilmiştir.

25 Yüseklik z ve rüzgar hızı Vz hesaplanır. Sonraki adımda aylık ortalama rüzgar hızı bulunmuş olur. Aylık rüzgar gücü aşağıdan hesaplanır.

26 EPF (enerji patern faktörü) rüzgar hızındaki enerji miktarını belirlemek için kullanılan bir katsayıdır. Weibull dağılımını oluşturan k şekil faktörüne bağlıdır. K 1,5-3 arasında dağılım gösterir. Yüksek değişkenli rüzgarlarda k düşük (kara ve deniz meltemi, gece gündüz rüzgarları) EPF yüksek Düzenli rüzgarda k yüksek EPF düşük

27 3- Ön fizibilite çalışması Rüzgar türbin boyutlarının belirlenmesi Aylık toplam su ihtiyacı Aylık tasarım rüzgar hızı Pervane boyutunun belirlenmesi Pervane çapı için;

28 Pervane çapı için eşitlik basitleştirilirse C sistem katsayısıdır genellikle 0,97 olarak alınmaktadır. Toplam su ihtiyacı QH Hava yoğunluğu 1,225 kg/m^3 EPF : 1,91 C : 0,97 Sistem verimi % 12 alınarak farklı rüzgar hızları için pervane çapları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

29 Pervane çapı

30 4- Teçhizat seçimi Kullanılacak teçhizat seçilir Rüzgar türbini Kule Pompa Depo Kontrol sistemi

31 5- Sistem çıkış tahmini Pervane çapının bulunması formülünden Verim : %12, hava yoğunluğu 1,225 kg/m^3 ve EPF : 1,91 alınır ise Aşağıdaki gibi basitleştirilir.

32 6- Maliyet tahmini Kullanılacak teçhizata göre maliyet çıkarılır. 7- Tekliflerin toplanması

33 Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

34 Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

35 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

36 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

37 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

38 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

39 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.

40 TARİHÇE Tarihte ilk olarak rüzgar yel değirmenlerinde tahıl öğütmek için ve yelkenli gemilerde kullanılmıştır.