DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN YENİ BİR SİSTEM TASARIMI VE UYGULAMASI. Ali Osman KÜÇÜK

Transkript

1

2 DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN YENİ BİR SİSTEM TASARIMI VE UYGULAMASI Ali Osman KÜÇÜK YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ EYLÜL 2014

3 Ali Osman Küçük tarafından hazırlanan DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN YENİ BİR SİSTEM TASARIMI VE UYGULAMASI adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Başkan : Prof. Dr. M. Ali AKCAYOL Bilgisayar Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye : Doç. Dr. Fırat HARDALAÇ Anabilim Dalı, Üniversite Adı Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Tez Savunma Tarihi: 29/09/2014 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum... Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Ali Osman KÜÇÜK 29/09/2014

5 iv DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN YENİ BİR SİSTEM TASARIMI VE UYGULAMASI (Yüksek Lisans Tezi) Ali Osman KÜÇÜK GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Eylül 2014 ÖZET Her geçen gün artan nüfus, gelişen teknoloji ve sanayileşmenin bir sonucu olarak elektrik enerjisine duyulan ihtiyaç hızla artmakta ve ekonomik tedariki önem kazanmaktadır. İlave olarak gelecekte daha yaşanılabilir bir dünya için ihtiyaç duyulan bu enerjinin temiz olması da kaçınılmazdır. Bu nedenle yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi her geçen gün artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında rüzgâr ve güneş enerjisi teknolojileri olup zaman içerisinde önemli gelişmeler kat edilmiştir. Jeotermal ve dalga enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının da göz ardı edilmemesi gerekmektedir. Yerkürenin dörtte üçünü kaplayan okyanuslar, dalga enerjisi için büyük potansiyel oluşturmaktadır. Ülkemizin de üç bir tarafının denizlerle çevrili olduğu gerçeği dalga enerjisinin ülkemiz için de büyük bir potansiyel teşkil ettiğini göstermektedir. Dalga enerjisi hakkında halen dünyada birçok çalışmalar devam etmekte, yurtiçi ve yurtdışından resmi ve özel kuruluşlar bu çalışmalara destek vermektedir. Dalga enerjisi gerek teknolojisi gerekse de işletme maliyetleri bakımından birçok avantaja sahipken, çalışma koşulları ve ilk yatırım maliyetleri bakımından dezavantajlara da sahiptir. Yapılan akademik ve bilimsel çalışmalarla bu dezavantajlar giderilmeye ve dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemlerin kullanılabilir ve sürdürülebilir olması amaçlanmıştır. Bu bağlamda ülkemizde geçmişte yeterli çalışma yapılmadığından, bu çalışmamızda coğrafi konumuzdan da destek alarak sahip olunan bu potansiyelden en iyi şekilde faydalanmak için saha çalışmaları ve uygulamalar öncesi laboratuvar ortamında dalganın modellenmesi ve dalga jeneratörü performans ve çalışma durumlarının modellenmesi yapılarak, küçük bir prototip ile deneysel modellemesi gerçekleştirilmiştir. Üç yıl süren çalışmalar neticesinde mevcut modellemesi ve çalışmada hedeflenen sistem TÜBİTAK desteği ve önerisiyle üniversitede uygulamaya konmuştur. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Yenilenebilir Enerji, Dalga Enerjisi Sayfa Adedi : 60 Danışman : Prof. Dr. M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU

6 v DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A NEW WAVE ENERGY SYSTEM TO PRODUCE ELECTRIC ENERGY (M. Sc. Thesis) Ali Osman KÜÇÜK GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES September 2014 ABSTRACT The need for electrical energy is rapidly coming into prominence as a result of advancing technology and industrialization and the increasing population. It is inevitable for this energy to clean and cheap, which is a need for more sustainable world in the future. The significance of renewable energy sources is increasing day by day. There have been great improvements in wind and solar technology, which is the first that comes to mind when talking about renewable sources. However, renewable energy sources such as geothermal and wave energy should not be ignored. Covering three-quarters of the Earth, oceans are of great potential for wave energy. As our country is surrounded by sea on three sides, wave energy is of huge potential for our country as well. There have been many studies about wave energy in the world and governments and private institutions have been supporting these studies. While wave energy has many advantages in terms of both its technology and operating costs, it has disadvantages in terms of working conditions and capital costs at first. Academic and scientific studies aim to resolve these drawbacks and make these wave energy systems useable and sustainable to produce electricity. In this context, many studies are made, and it has been targeted to benefit from this potential due to geographical location. This thesis has been prepared as a result of three-year study and targeted system has been transferred into practise with the support of TÜBİTAK and in collaboration with the university. Science Code : Key Words : Renewable energy, wave energy Page Number : 60 Supervisor : Prof. Dr. M. Cengiz TAPLAMACIOĞLU

7 vi TEŞEKKÜR Bu tez çalışması süresince gerekli her türlü desteği veren danışmanım Sn. Prof. Dr. M. Cengiz Taplamacıoğlu na, dalga enerjisi sistemin tasarımcısı patent sahibi makine mühendisi Sn. Yalçın Güneş e, değerli görüş ve önerileri ile Sn. Doç.Dr. Fırat Hardalaç ve Dr. Haluk Gözde hocalarıma, akademik çalışmalarımda destekleyen Artvin Çoruh Üniversitesi değerli yönetim kadrosuna ve hayatım boyunca beni daima maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme, tüm hocalarıma ve beni çalışmalarımda cesaretlendiren tüm dostlarıma teşekkür ederim.

8 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... RESİMLERİN LİSTESİ... HARİTALARIN LİSTESİ... iv v vi vii ix x xii xiii SİMGELER VE KISALTMALAR... xiv 1. GİRİŞ YENİLENEBİLİR ENERJİ Yenilenebilir Enerji Kaynakları Güneş enerjisi Rüzgar enerjisi Dalga enerjisi Dalga enerjisi potansiyeli DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN SİSTEMLER Kıyı Şeridi Uygulamaları Daralan kanal sistemi Pendular sistemi Kıyıya Yakın Uygulamaları Wavegen osprey... 20

9 viii Sayfa WOSP Kıyıdan Uzak Uygulamaları Mccabe dalga pompası OPT dalga enerji dönüştürücü Pelamis DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN YENİ BİR SİSTEM TASARIMI VE UYGULAMASI Dalganın Karakteristiği Sistemin Laboratuvar Ortamında Simülasyonu Servo Motor Redüktör Volan Mekanik Sistemin Çıkışından Elektriğin Eldesi SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER EK-1 Dalga Enerjisinden Elektrik Üreten Sistemlere Genel Bir Bakış ve Yeni Bir Yöntem Uygulaması EK-2 Modelıng Of Wave Energy Power Plant Under Laboratory Condıtıons ÖZGEÇMİŞ... 60

10 ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Yenilenebilir elektrik kurulu gücü (GW)... 4 Çizelge yılı FV kurulu güç kapasitesi... 6 Çizelge 2.3. Dalga enerjisi sembol ve açıklaması... 9 Çizelge 4.1. Sistemde kullanılan ana parça özellikleri ve görevleri... 29

11 x ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Dalga şekli ve parametreleri Şekil 2.2. Dalga yüksekliği güç eğrisi Şekil 2.3. Gökova körfezi dalga yüksekliği Şekil 2.4. Gökova körfezi dalga periyodu Şekil 2.5. Gökova körfezi dalga potansiyeli (0-1 metre) Şekil 2.6. Gökova körfezi dalga potansiyeli (0-2 metre) Şekil 3.1. Offsore, Nearshore, Onshore uygulama alanları Şekil 3.2. Su kolonu sistemleri Şekil 3.3. Su ve hava kolonu sistemleri Şekil 3.4. Daralan kanal sistemi Şekil 3.5. Pendular sistemi Şekil 3.6. Wavegen Osprey Şekil 3.7. Mccabe dalga pompası Şekil 3.8. Pelamis Şekil 4.1. Sistemin üç boyutlu görüntüsü Şekil 4.2. Redüktörün kesit görüntüsü Şekil 4.3. Sistem mekaniğinin redüktöre aktardığı hız-zaman grafiği Şekil 4.4. Redüktör çıkışındaki hız zaman grafiği Şekil 4.5. Volan çıkışı hız zaman grafiği Şekil 4.6. Servo motor hız zaman grafiği Şekil 4.7. Redüktör çıkışı hız zaman grafiği Şekil 4.8. İçi Dolu m kütleli volan Şekil 4.9. Yarıçap-kinetik enerji değişimi... 38

12 xi Şekil Sayfa Şekil Alternatörün kesit görüntüsü Şekil GL-PMG 12K alternatör güç eğrisi Şekil 5.1. Sistemin şeması... 44

13 xii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. OPT dalga enerji dönüştürücü Resim 3.2. Pelamis Resim 4.1. Sistemin denizdeki görüntüsü Resim 4.2. Sistemin denize indirilişi Resim 4.3. Mekanik ve elektriksel ünite Resim 4.4. Sistemin önden görünüşü... 40

14 xiii HARİTALARIN LİSTESİ Harita Sayfa Harita 2.1. Ülkemizin küresel ışıtım ve güneş elektriği potansiyeli... 6 Harita 2.2. Dünya rüzgar enerjisi potansiyeli... 8 Harita 2.3. Türk suları azami dalga enerjisi seviyesi Harita 2.4. Türk suları asgari dalga enerjisi seviyesi... 10

15 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar j y g H T Dalga Enerjisi Deniz suyunun yoğunluğu Yerçekimi ivmesi Dalga yüksekliği Dalganın periyodu Kısaltmalar Açıklamalar EPIA FV GEPA OECD TEİAŞ TEP Avrupa Fotovoltaik Endüstri Birliği Fotovoltaik Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlası Ekonomik Kalkınma ve İşbirliği Örgütü Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi Ton Eşdeğer Petrol

16 1 1. GİRİŞ Günümüzün en önemli ihtiyaçlarından biri olan enerji, özellikle sanayi ve teknolojideki gelişmeler ve artan nüfusun taleplerini karşılamak için oldukça önemlidir. Bu nedenle dünyada ve ülkemizde artan ihtiyacı karşılamak için yeni üretim yöntemleri uygulamaya geçirilmektedir. Enerji ihtiyacının halen büyük bölümünü karşılayan fosil yakıtların sonlu olmasından dolayı, yenilenebilir enerji ile ilgili araştırma ve geliştirme çalışmaları hızla artmaktadır. Fosil kaynakların yanı sıra, nükleer enerji tesisleri gibi yüksek maliyet gerektiren ve çevreye zarar veren canlılar için tehdit oluşturan teknolojilerin kullanımı da sınırlı olmalıdır. Bu gerekçelerden; yenilenebilir enerji kaynakları temelde en önemli alternatiftir. Doğanın canlılara sunmuş olduğu sonsuz enerji kaynaklarından en verimli şekilde yararlanarak, mevcut kirliliğin azalmasının yanı sıra gelecek nesillere daha yaşanılabilir bir dünya bırakmak oldukça elzemdir. Bu bağlamda Dünya da öncelikle gelişmiş ülkeler gerekli yatırımları yapmakta ve yenilenebilir enerjiye olan yönelimi sürdürmektedirler. Halen dünyada ve ülkemizde birçok yatırımlar yapılmakta yeni tesisler ve santraller kurulmaktadır. Yatırımcılara teşvikler verilip bilimsel çalışmalar desteklenmektedir. Ülkemizin yenilenebilir enerji kaynakları bakımından oldukça zengin olduğu görünmektedir. Gerek güneş enerjisi gerekse rüzgar enerjisi bakımından oldukça verimli bir coğrafyada olan ülkemizde yenilenebilir enerji üretimi hızla artmaktadır. Güneş ve rüzgar enerjisinin haricinde üç tarafı denizlerle çevrili olan ülkemizde dalga enerjisi potansiyeli de oldukça zengindir. Dörtte üçü sularla kaplı dünyamızda dalga enerjisine olan ilgi hızla artmaktadır. Geçmişte çeşitli çalışmalar yapılmış olup, ilgili konularda konferanslar-seminerler düzenlenmektedir. Bu tez çalışmasında yenilenebilir enerjinin geçmişten günümüze gelişimi, temel yenilenebilir enerji kaynakları, yenilenebilir enerji kaynaklarından dalga enerjisi hakkında yapılan uygulama ve yöntemler incelenip; ülkemizde gerçekleştirilen dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten yeni bir sistemin tasarımı ve uygulaması gerçekleştirilecektir. Çalışmamın amacı bu yeni sistemin çalışma prensibini, diğer sistemlerden farklılıklarını, avantajlarını ve dezavantajlarını belirleyerek, laboratuvar ortamında çalışmasını modelleyip ülkemize olan getirilerini analiz etmektir. Tez çalışmasının ikinci bölümünde yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisi,

17 2 rüzgar enerjisi ve dalga enerjisinin günümüzdeki durumu analiz edilecektir. Üçüncü bölümde yenilenebilir enerji kaynaklarından, halen mevcut dalga enerjisi hakkındaki gelişmeler, dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemler hakkında detaylı araştırmalar yapılıp dünyadaki uygulamalarına yer verilecektir. Dördüncü bölümde ise ülkemizde gerçekleştirilen dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten yeni bir sistem için mekanik tasarımı ile dönel kısımdan elde edilen enerjinin şebekeye bağlanabilecek kalitede elektrik elde etmek için gerekli olan elektriksel sistemin tasarımı ve uygulaması yapılacaktır. Son bölümde ise bu sistemin getireceği sonuçlar ve yenilikler analiz edilecektir.

18 3 2. YENİLENEBİLİR ENERJİ Yenilenebilir enerji, kaynağını doğadan alan ve sürekli, çevreye etkisi yok denecek kadar az ve temiz olan enerjidir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, hidrolik enerji, biokütle, jeotermal enerji gelmektedir. Bu enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretmek, fosil yakıtların sonlu ve çevreye zarar vermesinden dolayı oldukça önemlidir. Gelişmiş ülkeler bu konuda yoğun çalışmalar yapmakta ve yüksek bütçeler ayırmaktadır. Türkiye yenilenebilir enerji kaynakları çeşitliliği bakımından çok zengin bir ülke olmakla beraber potansiyeli de olan bir ülkedir. [1]. Her geçen gün gelişen teknoloji ve artan nüfus doğrultusunda enerjiye olan ihtiyacın sürdürülebilir olması açısından yenilenebilir enerji son derece önemlidir. Özellikle sanayisi gelişmiş ülkelerin temiz enerji arayışı sonucunda yenilenebilir enerjiye olan yönelimi arttırmakta, hükümetler teşvikler vermekte ve akademisyenler yeni ve daha verimli sistemler geliştirilmesi üzerine çalışmalarını arttırmaktadırlar Yenilenebilir Enerjini Kaynakları Üzerinde halen çalışılan ve önemsenen yenilenebilir enerji kaynaklarından en yaygın olanlar güneş enerjisi, rüzgar enerjisi ve yeni araştırmalarla dalga enerjisidir. Bu enerji kaynaklarından rüzgar ve güneş enerjisinin kullanımı son zamanlarda hızla artmaktadır. Dünyada ve ülkemizde de birçok uygulamaları mevcuttur. Ülkeler bulundukları bölgeye ve iklimlerine göre değişik uygulamalara önem vermekte, temiz ve sürdürülebilir enerji için destekler artmaktadır. Toplumlarında yenilenebilir enerji kullanımı ve talebi artmaktadır.. Ayrıca fosil yakıtların ekonomiye getirdiği ağır maddi yükler ve bağımlılığın yanında, kullanımından dolayı ortaya çıkan sera gazları da iklim değişikliklerine yol açmaktadır. TEİAŞ verilerine göre Türkiye de enerjiye olan talep artan nüfus ve gelişen refah seviyesine bağlı olarak 2019 yılına kadar %7 lik bir artış gösterecektir. Petrol fiyatları ve dışa bağımlılık ekonomiye büyük bir yük getirmektedir. Türkiye de zaten büyük çoğunluğunu dışardan aldığımız fosil yakıttan üretilen elektrik toplam üretimin %81 inde denk gelmektedir TEİAŞ verilerine göre Türkiye de yenilenebilir enerjinin payı %19 dur. Bu %19 luk payın yaklaşık %98 mevcut olan hidroelektrik santrallerinden elde edilen

19 4 üretimdir [2]. Güneş, rüzgar, dalga jeotermal gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının payı toplamda %1 ler civarındadır vizyonu Türkiye sinde daha ucuz enerji ve dışa bağımlılığın azalması bakımından yenilenebilir enerjiye olan ihtiyaç kaçınılmazdır. Dünyada ise enerji talebinin sadece % 2,5 lik bölümü yenilenebilir enerji kaynaklarından karşılanmaktadır. Uluslararası Enerji Ajansının tahminlerine göre 2015 yılında yenilenebilir enerji kaynakları toplam talebin % 3,3 ünü karşılayacağını öngörülmektedir yılına kadar OECD ülkeleri arasında yenilenebilir enerji kaynaklarının payının %25 olması hedeflenmektedir. Avrupa Birliği ise bu sene içerisinde %6 olan yenilenebilir enerji kaynakları payını iki katına çıkarmayı hedeflemektedir. Dünya genelinde hidroelektrik haricinde yenilenebilir enerji kaynaklarının oranı %2,5 iken 2030 yılında bu oranın %8,6 ya yükseltilmesi hedeflenmektedir. Dünya genelinde yenilenebilir enerji kaynaklarının toplam kurulu gücü çizelge 2.1 de verilmektedir [3]. Çizelge 2.1. Dünya Geneli Yenilenebilir Elektrik Kurulu Gücü (GW) Güneş Enerjisi Güneş enerjisindeki temel prensip güneş ışığından enerji elde etmeye dayanır. Güneşin çekirdeğinde meydana gelen füzyon süreci ile meydana gelen ışınımın sağladığı sonsuz enerjidir. Güneş enerjisinden faydalanmanın birçok yöntemi vardır. En çok kullanılan yöntemler güneş kolektörleri ve güneş pilleridir. Güneş kolektörleri daha çok ısıtma sistemlerinde kullanılırken güneş pilleri elektrik üretmede kullanılan başlıca yöntemlerdir. Fotovoltaik diye de adlandırılan yarı iletken malzemeden yapılan güneş pilleri güneş ışığını direk elektriğe çeviren sistemlerdir. Dünyanın 110 katı büyüklükte olan güneş bizim için sonsuz bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisinden faydalanmanın ilk olarak M.Ö 400 lü

20 5 yıllarda yapılan evlerin pencerelerinin güney cepheye yapılmasıyla başladığı kabul edilir. M.Ö 250 yıllarında Arşimet iç bükey aynalarla ışığı odaklayıp düşman gemilerini yakmıştır. Çalışmalar 1600'lü yıllarda Galile'nin merceği bulmasıyla hız kazanmıştır yılında Belidor tarafından güneş enerjisi ile çalışan bir su pompası geliştirilmiştir. Fransız bilim adamı Mohuchok 1860'da parabolik ayanlar yardımı ile güneş ışınımını odaklayarak küçük bir buhar makinesi üzerinde çalışmış, güneş pompaları ve güneş ocakları üzerinde deney yapmıştır. Birinci dünya savaşı esnasında petrol önem kazanmış ve güneş enerjisi çalışmaları yavaşlamıştır. Ancak 1960'lı yıllarda petrol krizi ortaya çıkmış ve ülkeler alternatif enerji kaynakları konusunda çalışma yapmaya başlamıştır. Çalışmaların büyük bir kısmı temiz ve masrafsız enerji kaynakları olan güneş enerjisi üzerine yoğunlaşmıştır [4]. Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip olup oldukça şanslıdır. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğünce hazırlanan, Türkiye'nin Güneş Enerjisi Potansiyeli Atlasına (GEPA) göre, yıllık toplam güneşlenme süresi saat (günlük toplam 7,5 saat), yıllık toplam gelen güneş enerjisi kwh/m².yıl (günlük toplam 4,2 kwh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Ülkemizde 2012 yılı itibari ile toplam kurulu güneş kolektör alanı yaklaşık m² olarak hesaplanmıştır. Yıllık düzlemsel güneş kolektörü üretimi m², vakum tüplü kolektör ise m² ye ulaşmıştır. Üretilen düzlemsel kolektörlerin %50'si, vakum tüplü kolektörlerin tamamı ülke içerisinde kullanıldığı bilinmektedir yılında güneş kolektörleri ile yaklaşık olarak TEP (Ton Eşdeğer Petrol) ısı enerjisi üretilmiştir. Üretilen ısı enerjisinin, 2012 yılı için konutlarda kullanım miktarı TEP, endüstriyel amaçlı kullanım miktarı TEP olmuştur [5]. Dünya enerji konseyi Türk milli komitesinin 2012 enerji raporuna göre güneş enerjisi fotovoltaik sistemlerin kullanım miktarları ülkeler bazında çizelge 2.2 de verilmiştir.

21 6 Çizelge Yılı FV Kurulu Güç Kapasitesi (EPIA, Ocak 2012) Ülkemiz güneş enerjisi bakımından oldukça zengindir. Birçok Avrupa ülkesinden daha çok güneşlenme süresine sahiptir. Türkiye nin yıllık güneşlenme süresi 2600 saat civarındadır. Buna rağmen Türkiye de kurulu büyük ölçekli güneş enerjisi santrali bulunmamaktadır. Bugüne kadar kurulmuş olan güneş enerjisi santrallerinin toplam kurulu gücü 6,5-7 MW civarındadır. Bu tesislerin %90 lık büyük bir bölümüde şebeke bağımsız sistemlerdir. Ülkemizin küresel ışıtım ve güneş elektriği potansiyeli harita 2.1 de verilmektedir.[6] Harita 2.1. Ülkemizin küresel ışıtım ve güneş elektriği potansiyeli

22 Rüzgar Enerjisi Rüzgar enerjisi de güneş enerjisi gibi sonsuz ve temiz bir yenilenebilir enerji kaynağıdır. Rüzgarın oluşmasındaki temel etken yine güneştir. Güneş ışınlarının dünyaya ulaşıp atmosferi ısıtmasıyla oluşur. Sıcaklık ve basınç farkına dayalı olan rüzgar sıcak havanın yükselip yerini soğuk havanın doldurması prensibine dayanır. Bu yer değiştirme esnasında meydana gelen hava akısına rüzgar denir. Bu hava akışından yararlanılarak tasarlanan sistemlerle enerji elde etmek mümkündür. Bu enerjinin kaynağı olan rüzgar tamamen temiz ve çevre dostudur. Ayrıca tükenme ve zamanla fiyatının yükselmesi riski yoktur. Herhangi bir dışa bağımlılık söz konusu değildir. Rüzgar enerjisinin en sık kullanıldığı yerler rüzgar türbinleri vasıtasıyla rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürülmesidir. Rüzgar türbinlerinin temel prensibi önce rüzgarın kinetik enerjisini mekanik enerjiye, mekanik enerjiyi de elektrik enerjisine dönüştürmeye dayanır. Günümüzde teknolojik gelişmeler sayesinde 1,0-6,0 MW gücünde yatay eksenli rüzgar türbinleri kullanılmaktadır. Gövde ve rotordan oluşan rüzgar türbinleri, çevredeki engellerin rüzgar hız profilini değiştirmeyeceği yükseklikteki bir kule üzerine yerleştirilir. Kanatlar ve göbek rotor olarak adlandırılır. Kanatlar polyester ile kuvvetlendirilmiş fiberglas veya epoxy ile güçlendirilmiş fiber karbondan yapılmakta ve çelik omurga ile desteklenmektedir. Üç kanatlı yeni nesil rüzgar türbinlerinin kanat çapları 100 m değerine ulaşmıştır. Modern rüzgar türbinlerinin rotor göbekleri (hub) yer seviyesinden m yükseklikte bir kule üzerinde bulunur. Bir rüzgar türbininden elde edilecek enerji miktarı ilk etapta türbin hub yüksekliğindeki rüzgar hızına bağlı olmaktadır. Dolayısıyla Türbin hub yüksekliği arttıkça rüzgar hızıda artacaktır. Bu nedenle hub yüksekliğinin artırılması, mevcut rüzgar gücünden maksimum düzeyde yararlanılmasını sağlayacaktır [7] yılı verilerine göre MW olan Dünyadaki kurulu rüzgar gücünün MW lık kısmı Avrupada bulunmaktadır. Avrupanın 2020 hedefi MW a ulaşmak 2030 öngörüsü ise MW lık kurulu güce ulaşmaktır. Her ne kadar Avrupa toplam kurulu güçte en önde gelse de; en hızlı ilerleyen ülke Çin dir. Çin her geçen gün küresel rüzgar enerjisi pazarında önemli bir oyuncu haline gelmektedir. Harita 2.2 de dünya rüzgar enerjisi potansiyeli atlası verilmektedir.

23 8 Harita 2.2. Dünya rüzgar enerjisi potansiyeli atlası Dünya rüzgar enerjisi potansiyeli atlası incelendiğinde Asya, Avrupa ve Amerika dışında Afrika ve Avusturalya da da rüzgar enerjisi yatırımlarının verimli olabileceği görülmektedir Dalga Enerjisi Yer kürenin dörtte üçünü kaplayan okyanuslar, yenilenebilir enerji bakımından çok büyük bir potansiyele sahiptir. Dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretmenin en pratik yolu dalganın kinetik enerjisi ve/veya potansiyel enerjisinden faydalanmaktır. Rüzgar sayesinde oluşan dalgaların belli bir yüksekliği ve hızı mevcuttur. Enerjinin en basit formu olan kinetik enerji ve potansiyel enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmek için birçok sistem mevcuttur. Hidroelektrik santrallerinin çalışma prensibide enerjinin en basit formu olan potansiyel enerjiyi elektrik enerjisine çevirmektedir. Barajlarda depolanan suyun potansiyelinden yararlanarak tribünlerin döndürülmesiyle elektrik üretilir. Ancak dalga enerjisinde suyu herhangi bir yerde depolamaya gerek yoktur. Zaten rüzgar etkisiyle oluşan dalganın potansiyel enerjisinden yararlanmak ana prensiptir. Ayrıca bu potansiyel enerjiye sahip dalga rüzgarın etkisiyle kıyıya doğru ilerlerken aynı zamanda kinetik enerji kazanır. Okyanuslarda oluşan dalgaların potansiyel ve kinetik enerjileri sayesinde tasarlanan değişik sistemlerle enerji üretilebilmektedir. Yerkürenin dörtte üçünü kaplayan bu büyük dalga enerjisi potansiyelini Denklem (2.1) ile ifade edecek olursak;

24 9 (2.1) en genel haliyle yukarıdaki gibi olur. Çizelge 2.3 de denklemde yer alan sembol ve açıklamaları verilmiştir. Çizelge 2.3. Dalga enerjisi sembol ve açıklamaları Sembol Açıklama Dalga enerjisi Deniz suyunun yoğunluğu Yerçekimi ivmesi H T Dalga yüksekliği Dalganın periyodu En genel itibari ile dalga enerjisi deniz suyunun yoğunluğuna, yerçekimi ivmesine, dalga yüksekliğine ve dalganın periyoduna bağlı olarak değişmektedir [8]. Yukarıdaki parametrelere bağlı olarak suyun yoğunluğu dalganın yüksekliği ve periyodu ne kadar yüksek olursa içinde barındırdığı enerji de o kadar yüksek olur. Ancak dalga enerjisinin en büyük dezavantajı çok güçlü ve yıpratıcı olmasıdır. Bu yüzden dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemler çalışma prensibi olarak basit ama çalışma koşulları bakımından uygulamaları oldukça zordur. Bu konuda son zamanlarda birçok bilimsel çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalara paralel olarak dünyada birçok uygulamalar da yapılmaktadır. Dalga enerjisinde temel prensip suyun potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanmak olduğundan tasarlanan farklı sistemler ile; dalganın potansiyelini mekanik enerjiye veya kinetik enerjisini mekanik enerjiye çevirip bu mekanik enerjiden elektrik üretilebilmektedir. Ülkemizin üç tarafının denizlerle çevrili olmasından dolayı dalga enerjisi potansiyeli yönünden zengin olduğumuzun göstergesidir. Rüzgar ve güneş enerjisi

25 10 potansiyelinde olduğu gibi dalga enerjisi potansiyeli olarak da son derece şanslı bir konumda bulunan ülkemizde bu konuda henüz büyük yatırım ve uygulamalar yapılmamaktadır. NATO TU WAVE projesi sonucunda oluşturulan Türk Kıyı Rüzgarları ve Derin Dalga Atlası verilerinden yararlanarak yaklaşık belirgin dalga yüksekliği (H) ve dalga periyodu (T) değerleri ile minimum enerji akışı için aylık ortalama, maksimum enerji akışı için aylık ortalamaların matematik ortalaması ve en büyük değerlerin en düşük olan değerleri kullanılarak hesaplanan Türk sularının kullanıma hazır yaklaşık azami ve asgari Dalga Enerji seviyeleri Harita 2.3 ve Harita 2.4 de verilmiştir [9]. Harita 2.3. Türk suları azami dalga enerjisi seviyesi Harita 2.4. Türk suları asgari dalga enerjisi seviyesi

26 Dalga Enerjisi potansiyeli En genel haliyle mevcut bir deniz veya okyanus dalgasından elde edebileceğimiz gücü aşağıdaki adımlarla hesaplamak mümkündür. Bir dalganın enerjisini hesaplayabilmek için dalganın parametrelerini iyi bilinmesi gerekir. Bu parametreler dalganın yüksekliği, genliği, periyodu ve hızıdır. Bu parametrelerle dalganın enerjisini hesaplamak mümkündür. Şekil 2.1. Dalga şekli ve parametreleri Şekil 2.1. de bir dalganın tipik şekli parametreleri ve dalga çeşitleri görünmektedir. Düşük rüzgarlarda şekil sağ üst köşesindeki gibi davranan dalga, orta şiddetli rüzgarlarda ortadaki grafik yüksek şiddetli ve uzun periyotlu rüzgarlarda da şekil 2.1 de sağ alt köşedeki grafik gibi davranır. Parametrelere bakacak olursak λ dalga uzunluğu, T zaman periyodu, A genlik, H dalga yüksekliği ve v hız alındığında; v = λ T (m/s) (2.2) Açısal hız : w = 2πf = 2π T (rad/s) (2.3) Dalganın bir periyodunun yüzeyde aldığı yol ise :

27 12 λ = 2πg w 2 (2.4) (2.3) ve (2.4) formüllerinden periyodu aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz. T = 2πλ g (2.5) Yatay hız dalga uzunluğuyla, frekansı çarparak hesaplanır: v = λf = wλ = 2πgw = g = g = gt 2πλ = g = 2π w 2 2π w 2πf 2π g(2π) 2 λg 2π (2.6) Lineer dalga teorisine göre dalga boyunca kinetik ve potansiyel enerjisinin toplamı: E = pgh2 λ 8 (J/m) (2.7) (2.7) de λ yerine değeri koyulduğunda : E = pgh2 2πg 8w 2 (j/m) (2.8) E = πpg2 H 2 4w 2 (J/m) (2.9) Ve son olarak w yerine 2π/T yazarsak: E = pg2 H 2 T 2 16π (J/m) (2.10) Suyun yoğunluğunu p=1000kg/m 3 ve yerçekimi ivmesi g=9,81m/s 2 alıp formülde yerine koyulduğunda : P = 1915H 2 T ( W m ) (2.11)

28 0,1 0,20 0,3 0,4 0,5 0,6 0,70 0,8 0,9 1 1,1 1,20 1,3 1,4 1,5 1,6 1,70 1,8 1,9 2 2,1 2,20 2,3 2,4 2,5 olarak bulunur. Periyodu sabit dalga boyuna göre metre başına düşen güç miktarını 0-2,5 metre aralığında aşağıdaki gibi değişmektedir P P- H H H Şekil 2.2. Dalga yüksekliği güç eğrisi Örnek olarak şekil 2.3 de Meteoroloji Genel Müdürlüğünden alınan Gökova kötfezinin dalga yüksekliği ve dalga periyodu tahminlerine göre Gökova körfezinin dalga potansiyelini hesaplayalım.

29 14 Şekil 2.3. Gökova körfezi dalga yüksekliği Şekil 2.4. Gökova körfezi dalga periyodu

30 15 Şekil 2.3. ve Şekil 2.4. de görüldüğü gibi dalga periyodu 2 ile 2.8 saniye arasında değişirken yüksekliği de yaklaşık olarak 1 metre civarındadır. Bu verilere dayanarak periyodu sabit 2.4 saniye yüksekliği de 0-1 metre arasında 0,1 metre değişim aralığında incelersek olursak Şekil 2.5. deki grafiği elde ederiz. Bu şekilde Türkiye nin diğer körfezlerindeki potansiyeli istenilen tarih ve saate göre çıkartarak Türkiye nin dalga enerjisi potansiyelini belirlemek mümkündür. Bu örnekte sadece tek bir körfezde belli bir saatteki veriler kullanılmıştır P(W) Gökova Körfezi Dalga Potansiyeli ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 H(m) Şekil 2.5. Gökova körfezi dalga potansiyeli (0-1 metre) Grafikten de anlaşılabildiği gibi 1 metrelik dalgadan yaklaşık olarak 5500 W lıt bir güç üretebiliriz. Dalga yüksekliğinin karesiyle orantılı olduğu için güç daha yüksek dalgalarda ve periyodu uzun olan dalgalarda çok daha yüksek bir enerji potansiyeline sahiptir. Periyodun 3 sn dalga boyunun ise 0-2 metre arasında değiştiğini varsayıp aradaki farkı Şekil 2.6. daki grafikten daha rahat anlayabiliriz.

31 P(W) Gökova Körfezi Dalga Potansiyeli ,5 1 1,5 2 2,5 H(m) Şekil 2.6. Gökova körfezi dalga potansiyeli (0-2 metre)

32 17 3. DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN.SİSTEMLER Genel olarak dalga enerjisinde üç temel uygulama alanı mevcuttur. Bunlar sırasıyla şekil 3.1. de de görüldüğü gibi kıyı şeridi (onshore) uygulamaları kıyıya yakın (nearshore) uygulamalar ve kıyıdan uzak (offshore) uygulamalardır.[10] Şekil 3.1. Offshore, Nearshore, Onshore uygulama alanları 3.1. Kıyı Şeridi Uygulamaları Bu sistem temelde iki kısımdan meydana gelir. Bunlardan birincisi su kolonu ikincisi ise hava kolonudur. Sistemin çalışma prensibi, dalga geldiği zaman yükselen su kolonunun üzerinde bulunan hava kolonunu sıkıştırarak havayı itmesi ve bu sayede tribünleri döndürmesine dayanmaktadır. Bu hava akımı sayesinde dönen alternatör elektrik üretir. Dalga çekilip Su kolonu alçaldığı zaman ise dışarıdan içeriye doğru bir hava akımı oluşur ve bu sayede alternatör tersi yönde hareket ederek yine elektrik üretimi sağlanır.

33 18 Şekil 3.2. Su kolonu sistemleri Yine aynı prensiple çalışan farklı bir tasarım Şekil 3.2 de görülmektedir [11]. Şekil 3.3. Su ve hava kolonu sistemi Bu çalışma sistemini temel alan birçok firma birçok tasarım geliştirmiştir. Ancak hemen hepsinin temel çalışma prensibi aynıdır. Suyun sıkıştırdığı hava sayesinde alternatörün dönmesi ve elektrik üretmesidir. Bu sistemlerin dünya genelinde birkaç örneği ; E, Wavegen Limpet (Scotland), Energetech OWC (USA), Srilanka OWC dir. [DALGA ENERJİSİ Teknolojisi, Ekonomisi, Çevresel Etkisi ve Dünyadaki Durumu,Ümran TEZCAN ÜN]

34 Daralan Kanal Sistemi (Tapered Chanel System) Bu sistemlerde denizden gelen dalga kıyıda gittikçe daralan bir kanal vasıtasıyla yükselir ve su bir hazneye dolarak potansiyel enerji kazanır. Daha sonra depolanan su türbinlere verilerek elektrik enerjisi üretilir. Şekil 3.4. de görülen bu sistemlerin hareketli parçası az olduğundan düşük bakım maliyeti ve yüksek güvenlik sağlar [12]. Şekil 3.4. Daralan kanal sistemi Ancak bu tür sistemlerin en büyük dezavantajları ilk yatırım maliyetlerinin yanında güç üretim seviyelerinin düşük olmasıdır Pendular Pendular, bir tarafı denize açılan dikdörtgen bir kutu şeklindedir. (Şekil 3.5) Bu açıklık üzerine sarkaç bir kapak menteşelenmiştir. Kapak dalga hareketiyle ileri-geri hareket etmektedir. Bu hareket jeneratörün ve hidrolik pompanın çalışmasını ve elektrik üretilmesini sağlamaktadır. [13]

35 20 Şekil 3.5. Pendular sistemi Bu sistemde de daralan kanal sistemi gibi yatırım maliyetleri yüksektir. Ayrıca güç üretim seviyeleri de düşüktür Kıyıya Yakın Uygulamalar Bu uygulamalar genellikle kıyıya yakın yaklaşık metre uzaklıklarda kullanılan sistemlerden oluşur. Kıyıya yakın olmaları lojistik ve bakım maliyetleri açısından büyük avantajlar sağlamaktadır. Bir diğer avantajı ise bu sistemlerin kıyıdan bağımsız olmalarıdır. Birçok farklı uygulamalar mevcut olup genel olarak dalganın salınımından elde edilen enerjinin elektrik enerjisine çevrilmesi prensibine dayanırlar Wavegen Osprey Bu sistemde dalga sayesinde rüzgar oluşturulur daha sonra bu rüzgar sistemin arkasında bulunan rüzgar gülüne verilerek rüzgar enerjisinden elektrik üretimi sağlanır. Şekil 3.6. da sistemin çalışma prensibi gösterilmektedir.

36 21 Şekil 3.6. Wavegen Osprey WOSP 3500 Dalga salınımını ve rüzgâr enerjisini birlikte barındıran offshore bir yapıdadır. 1.5 MW lık rüzgar enerjisi katkısıyla toplam kapasitesi 3.5 MW a kadar çıkmaktadır [14] 3.3. Kıyıdan Uzak Uygulamalar Bu sistemler genellikle okyanus açıklarında kıyıdan uzak yerlerde kullanılırlar. Kıyıdan uzak olduklarından üretilen elektriğin kıyıya taşınması oldukça zahmetlidir. Ayrıca herhangi bir arıza durumunda onarımı oldukça güçtür. Okyanus açıklıklarında olduklarından büyük dalgalara ve ağır çalışma koşullarına sahiptirler. Ancak dalgaların büyük olması, enerji potansiyeli bakımından oldukça yüksek olmasını sağlar. Bu sistemler genelde salınım yapan iki elemanın hidrolik pompayı sıkıştırıp türbini döndürmesiyle elektrik üretimi prensibiyle çalışır Mccabe Dalga Pompası Bu sistem Şekil 3.7. de görüldüğü gibi üç sıra dikdörtgen dubadan meydana gelmektedir. Merkez dubanın ağırlığı arttırılarak ataleti arttırılır. Dalgalanma olduğu zaman merkez dubanın yanlarındaki dubalar aşağı yukarı hareket eder. Enerji merkez dubayla diğer

37 22 dubalar arasındaki hidrolik pompalar sayesinde alınarak elektriğe çevrilir [15]. Şekil 3.7. Mccabe dalga pompası OPT Dalga Enerji Dönüştürücüsü Resim 3.1. deki bu sistem ise altı açık silindirik bir yapı ile okyanus içinde yüzen bir çelik yüzücü arasında hidrolik pompayla bağlantı yapılan bir sistemdir. Okyanustaki dalgaya göre üst kısımdaki silindir aşağı yukarı hareket eder. Okyanus içinde yüzen kısım sabit kaldığından bu aşağı yukarı hareket enerjisi hidrolik pompa sayesinde elektrik enerjisine dönüştürülür [16]. Resim 3.1. OPT dalga enerji dönüştürücü

38 Pelamis Bu sistemde suyun üzerinde yüzen silindir parçalarının birbirine menteşe ile bağlanmasından oluşan bir sistemdir. İki silindir arasındaki hidrolik pompalar suyun salınımı sırasında türbinleri döndürerek elektrik üretebilmektedir. Resim 3.2. Pelamis Dört silindirden oluşan pelamis her bir parçanın aşağı yukarı hareketiyle silindirler arasındaki hidrolik pompanın türbini döndürmesiyle, elektrik üretip alanında en çok bilinen ve en gelişmiş olan sistemdir. Şekil 3.8. Pelamis Şekil 3.8. de de görüldüğü gibi suyun üzerinde yüzer vaziyette bulunan pelamis verimli dalga oluşumu sağlanırsa 500 evin yıllık elektrik tüketim ihtiyacını karşılayabilecek enerjiyi üretebiliyor. [17]

39 24

40 4. DALGA ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETEN YENİ BİR.SİSTEM TASARIMI VE UYGULAMASI 25 Litaratür çalışmalarından da görüldüğü üzere; dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemlerin çoğunda suyun potansiyel ve kinetik enerjisi, tasarlanan mekanik sistemlerle döner enerjiye çevrilmekte ve jeneratörlerden elektrik elde edilmektedir. Çalışmanın önceki bölümlerinde bu dönüşümü yapan değişik mekanik sistemlerden bahsedildi. Bu mekanik tasarımlar kadar üretilen enerjinin sürdürülebilir ve şebekeye bağlanılabilir olması da çok önemlidir. Bu sistemlerde karşılaşılan en büyük problemlerden birisi enerjinin rassal olmasıdır. Enerjiden verim elde edip günlük haytta kullanabilmemiz için sürekli, az salınımlı ve sabit frekanslı olması gerekir. Enerjiyi kontrol edebilmekte en az üretmek kadar önemlidir. Bu tez çalışmasında ülkemizde gerçekleştirilen örnek bir dalga jeneratöründen elektrik üretimi sonrasında bu elektriğin şebekeye bağlanabilir kalitede olmasını sağlamaktır. Gerçekleştirilen bu yeni sistem kıyı şeridine yakın uygulamalar sınıfına girip diğerlerinden en önemli farkı, dalga enerjisinin direk olarak sisteme aktarılmasıdır. Diğer sistemlerde çoğunlukla havanın sıkışması sonucunda oluşan rüzgar veya hidrolik sistemlerde suyun sıkışmasından elde edilen enerji kullanılmaktadır. Ancak bu sistemde suyun kinetik ve potansiyel enerjisi direk aktarma organları sayesinde döner harekete çevrilmektedir. Burada karşılaşılan problemlerden birisi dalganın aşağı yukarı salınım hareketini tek yönlü döner harekete çevirmektir. Bir ana şaft üzerine konumlandırılmış duba elemanın dikey yönde yukarı/aşağı hareket etmesi sağlanmakta ve bu hareket kayış veya zincirler vasıtasıyla kasnaklara döner hareket olarak aktarılmaktadır. Lineer hareketin döner harekete dönüştürülmesi neticesinde redüktör giriş miline saat yönünde ve saat yönünün tersi yönde tahrik uygulanmaktadır. Bu çift yönlü hareket redüktörün özel tasarımı neticesinde tek yönlü döner harekete dönüştürülmekte ve bu hareketin alternatöre aktarılmasıyla da elektrik üretimi sağlanmaktadır. Duba elemanının dikey yöndeki hareketini maksimize etmek için, dalganın dikey yöndeki

41 26 hareketi sırasında sahip olduğu potansiyel enerjiden, tasarlanan sistem aracılığıyla maksimum şekilde faydalanılmaktadır. Aynı zamanda dalganın yatay yöndeki hareketi sırasında sahip olduğu kinetik enerji de bu sistem aracılığıyla potansiyel enerjiye dönüştürülmekte ve böylece kinetik enerjiden de duba elemanını yukarı yönlü hareketini maksimize etmede önemli oranda faydalanılmaktadır. Dalganın etkisi ile dikey yönde hareket eden duba elemanı, sahip olduğu yapı sayesinde içine su alarak ağırlığını arttırabilmektedir. Maksimum yüksekliğe çıkan duba elemanı, dalganın etkisini kaybetmesi ile aşağı yönlü serbest düşme hareketi gerçekleştirirken saat yönünde redüktör giriş kasnağını tahrik etmektedir. Dikey yöndeki düşme hareketini takip eden hareket, dalga etkisiyle dubanın dikey yönde yukarı yönlü hareketi olacaktır. Bu hareket neticesinde redüktör kasnağına saat yönünün tersi yönde bir tahrik uygulanacaktır. Saat yönü ve saat yönünün tersi yönde dönmeye zorlanan redüktör kasnağı, redüktörün özel tasarımı neticesinde redüktör çıkışında sadece saat yönünde döner harekete dönüşmektedir. Bu hareket redüktör çıkış mili vasıtasıyla volana aktarılmaktadır. Volana aktarılan enerji, kütle ataleti vasıtasıyla depolanır. Volan üzerinden hareketin alternatöre aktarılması sonucunda devirdeki değişimler en aza indirilerek daha sabit devir ile güç aktarımı mümkün olmaktadır. Alternatörün uygun devir ve torkla tahrik edilmesi neticesinde de hedeflenen elektrik enerjisinin üretilmesi gerçekleştirilebilmektedir. Şekil 4.1 de tasarımı yapılan sistemin üç boyutlu görüntüsü verilmiştir. Şekil 4.1. Sistemin üç boyutlu görüntüsü Tasarlanan yeni sistemde kayış-kasnak sistemi ana mekanik güç ve hareket aktarma elemanı olarak kullanılmıştır. Kayış-kasnak sisteminin, lineer hareketin döner harekete

42 27 dönüştürülmesi ve güç aktarılması işlevini deniz suyu içinde gerçekleştirmek için en uygun yöntem olduğuna karar verilmiş ve bu yönde sistem revize edilmiştir. Mekanizmanın deniz suyu içerisinde çalışmasından dolayı metal parçalarının korozyona uğrama ihtimali vardır. Korozyon makine çalışması için uygun olmayan zor çalışma ortamı demektir. Bu koşullarda uzun süre çalışmanın neticesinde mekanik problemler ortaya çıkabilecektir. Genellikle makine konstrüksiyonunda mekanik güç ve hareket iletim elemanı olarak kullanılan kayış kasnak sistemleri, ağır çalışma koşullarında (aşırı sıcaklık, toz, nem, titreşim vs.) iyi bir çalışma performansı gösterirler. Kayış-kasnak sistemi, hareketi uzun süreli ve en az kayıpla aktarma özelliğine sahiptir. Ayrıca düşük arıza oranı ve minimum tamir bakım maliyeti sağlamaktadır. Kayış-kasnak sistemi deniz suyu içindeki çalışma koşullarında uzun süre bakım gerektirmeyen, onarımı basit, hızlı ve ucuz olan, hareketi yüksek verimlikle aktarabilen yöntem olarak, hidrolik sistemlere göre daha avantajlıdır. Dalgaların sahip olduğu enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bu tasarımda kullanılan diğer yenilik özel tasarımlı redüktör elemanıdır. Yeni tasarımda kullanılan redüktör sisteminde, piyasadaki mevcut redüktörlerden fonksiyonları açısından önemli farklılıklar ortaya koymaktadır. Tasarımı yapılan bu yeni redüktörde, yüksek devir hızlarını gereken devir hızına düşüren, güç ve hareket ileten bir makine elemanı olarak işlev görmesinin yanı sıra redüktör girişine etkiyen, saat yönü ve saat yönünün tersi yönde gelen hareketi saat yönüne ters yöne çeviren bu özelliği ile tamamen yeni bir buluş niteliğindedir. Bununla ilgili faydalı model patenti alınmıştır. Redüktör içerisine yerleştirilen 2 adet tek yönlü rulman sayesinde iki zıt yönlü hareket tek yöne çevrilebilmektedir. Redüktör aynı zamanda girişteki yüksek devirli hareketi istenilen oranda düşürmektedir. Tasarımı yapılan redüktöre ait kesit görüntüsü Şekil 4.2. de verilmiştir.

43 28 Şekil 4.2. Redüktörün kesit görüntüsü Kullanılan alternatörün çalışma devir aralığına denk gelen bir çalışma devri redüktör vasıtasıyla sağlanmaktadır. Bu işlem (devir düşürme işlemi) redüktör içerisindeki dişlilerle sağlanmaktadır. Deniz Dalga Enerjisini Elektrik Enerjisine Dönüştüren Elektrik Santrali ve Üretim Yöntemi ismiyle patent başvurusu yapılan ve 2010/10200 patent numarasıyla incelemeli ulusal patent alan tasarımın deniz üzerindeki görüntüsü Resim 4.1. de verilmiştir. Resim 4.1. Sistemin denizdeki görüntüsü Tasarlanan sistemde ortaya çıkarılan mekanik tahrik sistemi ve duba sistemi aracılığıyla, dalganın tüm enerjisinden, maksimum şekilde yararlanılmakta ve ciddi bir elektrik üretim potansiyeli ortaya çıkmaktadır. Duba elemanı dış ortamdan duba içine su alımı veya su tahliyesi yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu şekilde toplam ağırlığını değiştirebilmekte ve farklı dalgalardan elde ettiği potansiyel enerjiyi maksimum değere ulaştırabilmektedir. Ana şaftın alttan ve üstten sabitlenmesi dalga hareketinin şafta etkiyeceği yatay kuvvetlerin etkisini sınırlamaktadır. Şaftın yer tabanına dik konumda olması, yatay yönde etkiyen sürüklenme kuvvetini ve enerji kayıplarını minimuma indirmektedir. Ayrıca oluşturulan perde duvar ve dalga yönlendirici duvar aracılığıyla, gelen dalganın potansiyel ve kinetik enerjileri daha verimli olarak kullanılmaktadır. Yukarıda anlatılan sistemde kullanılan ana parça özellikleri ve görevleri Çizelge 4.1 de verilmiştir.

44 29 Çizelge 4.1. Sistemde kullanılan ana parça özellikleri ve görevleri 1 2 GL-PMG DEVİR W PMSG ALTERNATÖR ŞEBEKE ETKİLEŞİMLİ EVİRİCİ W 135 devir/dk 20 kw, 380 V Korozyona dayanıklı Projenin dalga enerjisinden alüminyum kompozit elektrik üretimi ile ilgili malzeme kısımlarında kullanılmak dış yüzey, yüksek kalite üzere, düşük devirli, sabit paslanmaz çelik şaft mili, mıknatıslı alternatör. yüksek kalite SKF yada NSK yataklama, tüm cıvata ve somunlar paslanmaz çelik, çalışma ısı dayanımı 180 o, NdFeB 3 faz giriş, şebeke etkileşimli, rüzgâr ve dalga enerjisi uygulamaları için giriş seviyesi uygun olan model Projenin dalga enerjisinden elde edilen elektrik enerjisinin şebekeye uygun gerilim ve frekansa dönüştürülmesi ve şebekeye enerji aktarımı aşamalarında kullanılacaktır. HIOKI PW 3198 GÜÇ 3 VE HARMONİK ANALİZÖRÜ VEGA RADAR TİP 4 SEVİYE TRANSMİTTERİ RST-ULT-04 5 ULTRASONİK SEVİYE SENSÖRÜ RST-F3.00 DALDIRMA TİP TÜRBİN 6 DEBİMETRE+ RAY TİPİ 4-20MA ÇEVİRİCİ 7 RS485-USB ÇEVİRİCİ HIZ, SEVİYE ÖLÇÜM 8 PROGRAMI ŞEBEKE ANALİZÖRÜ 9 MPR60S + PROGRAM DAT 3017-I ANALOG 10 MODÜL 8 KANALLI UFM-A12 WPA ve 11 ANTEN GRUBU UGPA-434 CAT IV 600V Güvenlik Standartı 0-10 m ayarlanabilir. 0-4 m ayarlanabilir. 4 kanal voltaj ve akım Projede sistemden elde kanalı, güç kalitesi analizi edilen elektrik enerjisinin ve kayıt yapma özelliği, analizinde ve şebeke AC/DC ölçüm, True RMS, bağlantısı sırasında oluşacak %0,1 voltaj ölçüm akım ve gerilim değişimlerinin doğruluğu, inrush akımı kayıt altına alınmasında ölçümü Sürekli seviye ölçümü içinprojede dalga enerjisinden kısa plastik antenli radarmekanik enerji üretim amaçlı sensör olarak tasarlanan sistemde cihaz içindeki su seviyesini ölçme amaçlı olarak kullanılacaktır Açık, kapalı tanklarda temassız sürekli seviye ve / veya hacim ölçümü. Açık, kapalı tanklarda temassız sürekli basınç 0, m/sn ölçüm aralığı ölçümü m mesafe veri transferi Analiz ve kayıt amaçlı Analiz ve kayıt amaçlı veri transferi amaçlı Kablosuz iletişim amaçlı 0-5 km mesafeli Uzak mesafe veri transferi sırasında kayıpsız veri iletimi Projede dalga enerjisinden mekanik enerji üretim amaçlı olarak tasarlanan sistemde cihaz içindeki su seviyesini ölçme amaçlı olarak kullanılacaktır Projede dalga enerjisinden mekanik enerji üretim amaçlı olarak tasarlanan sistemde cihaz içindeki su basıncını ölçme amaçlı olarak kullanılacaktır Projede elde edilen verilerin kayıt ünitesi ile ölçü aleti arasında kayıpsız iletimi amaçlı olarak kullanılacaktır amaçlı olarak. Basınç, su seviyesi ve Projede elde edilen verilerin kayıt ünitesi aracılığı ile dalga bilgilerini kayıt toplanması ve etme becerisine sahip değerlendirilmesi amaçlı olarak kullanılacaktır 3 fazlı şebeke ölçümü ve Projede alternatörden elde edilen verilerin görsel olarak değerlendirmesi izlenmesi amaçlı olarak kullanılacaktır 8 kanal girişli veri transferi yapabilen 0-5 km mesafede kablosuz veri iletişimi yapabilen Projede elde edilen verilerin kayıt ünitelerine aktarımı ve değerlendirilmesi amaçlı olarak kullanılacaktır Projede deniz üzerindeki ünite ile kıyı birimi arasında acil durum haberleşmesinde kullanılmak üzere.

45 FINEST 170 PENS AMPERMETRE KONTROL VE ELEKTRİK MALZ, KONTROL, KUMANDA PANOSU SU ALTI GÜÇ KABLOSU 15 KONTROL KABLOSU 16 AKÜ SARJ REGÜLATÖRÜ 750 V AC Voltaj, 750 V AC Akım 0,6-1 kv su geçirmez çok damarlı V su geçirmez çok damarlı kumanda kablosu 60 Ah V 17 AKÜMÜLATÖR 12V 60 Ah jel Projede sistemden elde True RMS, 3 fazlı, edilen elektrik enerjisinin şebeke bağlantısı sırasında gerçek, reaktif ve aktif oluşacak akım ve gerilim güç ölçümü değişimlerinin anlık olarak ölçümlerinde kullanılacaktır. Kumanda ve kontrol Projede alternatörden gelen enerjinin eviriciye ve sisteme ekipmanlarını aktarılması sırasında barındıracak. Paslanmaz kullanılacak röle, ölçü aleti ve boya ile kaplı su ekipmanların muhafaza geçirmez contalı altında tutulması amacıyla kullanılacaktır mekanizma TS IEC , VDE Projede deniz üzerinde bulunan enerji üretim 276, BS 7870 mekanizması ile kıyıdaki standardında su şebeke bağlantı sistemleri geçirmez çok damarlı arasında enerjinin iletimi kablo amacıyla kullanılacaktır. Halojensiz, Alev Projede deniz üzerinde bulunan enerji üretim iletmeyen XLPE izoleli mekanizması ile kıyıdaki Çok Damarlı şebeke bağlantı sistemleri Bir Telli Bakır iletkenli arasında kumanda ve kontrol Kumanda Kablosu bilgilerinin iletimi amacıyla Mppt şarj yapabilen 10- Projede deniz üzerinde bulunan sistemin enerji 60 A arası akü şarjı ihtiyacını karşılayacak gerçekleştirebilen model V değerdeki DC enerjinin depolanmasında kullanılmıştır. Jel tip 12 V 60 Ah Projede deniz üzerinde bulunan sistemin enerji akümülatör ihtiyacını karşılayacak V değerdeki DC enerjinin depolanmasında kullanılmıştır Dalganın karekteristiği Okyanuslarda ve denizlerde meydana gelen dalgalar rüzgara bağlı olarak oluşan fiziksel olaylardır. Ancak dalga, rüzgar kadar düzgün ve kararlı değildir. Belli zaman aralıklarında çok farklı frekans ve yüksekliklerde oluşabilir. Bu yüzden tasarlanan sistemler bu rassal enerjiden maksimum şekilde yararlanabilecek sistemler olmalıdır. Denizde meydana gelen dalganın bir periyodunun sistemin mekaniğine aktardığı harektin hız-zaman grafiği Şekil 4.3. te verilmiştir.

46 31 Şekil 4.3. Sistemin mekaniğinin redüktöre aktardığı hız zaman grafiği Şekil 4.3 de görüldüğü gibi dalga; dalga enerjisinden elektrik üreten sistemin milini yaklaşık 4 saniye sağa doğru daha sonra 4 saniye tersi yönde hareket ettirmektedir. Dalganın tipine ve karakteristiğine göre bu zamanda farklılıklar olabilir. Ancak en genel haliyle dalganın mekanik sisteme aktardığı hareket bu şekildedir. Dalgadan sisteme aktarılan iki yönlü Şekil 4.3 teki hareketi özel tasarlanmış redüktör sayesinde tek yönlü harekete çevirmek mümkündür. Özel tasarlanan bu redüktörün içindeki dişliler sayesinde redüktörün girişindeki çift yönlü hareket, tek yönlü harekete dönüştürlmektedir. Bu sayede redüktör çıkışındaki hareket Şekil 4.4 teki gibi olmaktadır.

47 32 Şekil 4.4. Redüktör çıkışındaki hız zaman grafiği Dalgadan kaynaklanan çift yönlü hareketin redüktör sayesinde tek yönlü harekete çevrildikten sonra hızdaki dalgalanmaları azaltmak ve elde ettiğimiz enerjiyi daha kararlı ve elektriksel olarak daha düzenli ve kaliteli hale getirmek için mekaniksel olarak volan sayesinde depolayarak Şekil 4.5 teki hız zaman grafiğini elde ediyoruz. Bu sayede mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirmeden önce daha kararlı ve daha düzgün bir mekanik enerji elde edebiliyoruz. Mekaniksel olarak redüktör ve volan sayesinde dalga enerjisinden elde etiğimiz rassal hareket enerjisini rüzgar enerjisinden elde edilen mekanik enerjiye benzer hale getiriyoruz. Bu sayede dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten bu tarz sistemlerde mekanik enerjiden elektrik enerjisi üreten kısımlarında kullanacağımız jeneratörlerde rüzgar enerji santrallerinde kullanılan jeneratörleri kullanma imkanı doğmaktadır. Sistemin diğer önemli avantajı her geçen gün teknolojik olarak gelişirken maliyetleri azalan çok sayıda ve farklı çeşitlerde jeneratörleri sistemimize entegre edilebilmesidir.

48 33 Şekil 4.5. Volan çıkışı hız zaman grafiği Bu aşamadan sonra başlangıç durumuna göre daha kararlı ve düzgün olan hareket enerjisinden sabit frekansta sabit gerilimlerde salınımı az olan daha kaliteli şebekeye bağlanabilir elektrik elde etmemiz daha kolay olmaktadır. Bunun için rüzgar tribünlerinde de kullanılan alternatör ve evirici sistemler kullanılarak kararlı bir elektrik elde edebilmektedir Sistemin Laboratuvar Ortamında Simülasyonu Tüm bu mekaniksel tasarım sayesinde dalga enerjisinden kaynaklanan enerji neredeyse kusursuz elektrik üretimi için gerekli olan döner enerjiyi elde etmeyi sağlamaktadır. Ancak deniz ve okyanus dalgalarının rassal olması sebebi ile bu enerjiden elde edilen döner enerjide rassal ve sürekli değildir. Çalışmanın bu ksımı rassal enerjiden kullanılabilir sürekli, sabit gerilimli ve sabit frekanslı elektrik enerjisi elde etmeyle ilgilidir. Bunun için sistemin laboratuvar ortamında simülasyonu yapılıp alternatör çıkışında elde edilen elektriğin kullanılabilir değerlerde olmasının sağlaması gerekmektedir. Bu tür sistemlerde

49 34 sistemi denize veya okyanusa indirildikten sonra üzerinde değişiklik yapmak, sistemi revize edip geliştirmek çalışma şartları bakımından zor olacağından sistemin çalışma şekli göz önünde bulundurarak laboratuvar ortamında simülasyonu yapılmıştır. Laboratuvarda yapılan bu çalışmada dalgadan elde edilen mekanik enerji bir motor sayesinde simüle edilmiştir. Motor, tasarlanan kontrol devresiyle sağa ve sola aynı dalgada olduğu gibi rastsal olarak döndürmekte özel redüktör sayesinde çift yönlü hareketi tek yönlü harekete çevirmektedir. Dalgaların periyodu düzensiz olduğundan, dalga enerjisinden maksimum faydalanmak için bu döner enerji mekaniksel olarak volan sayesinde depolanmaktadır Servo Motor Gerçek deniz dalgasında dalganın sisteme aktardığı hareket yaklaşık olarak sinüs şeklindedir. Sistemin mekanik kısmına güç aktaran duba yukarı ve aşağı hareket eder. Bu hareketi servo motor ile modelleyerek dalga olmadan da sağlanabilir. Servo motoru önce sağa sonra kısa bir süre beklettikten sonra sola doğru döndererek dalganın meydana getirdiği hareketi laboratuvar ortamında sisteme aktarılmıştır. 2 metrelik genliği ve 4 saniye periyodu olan bir dalga için, servo motora verdirilmesi gereken hareket motorun miline bağlı olarak hesaplanması gerekmektedir. 4 saniyelik sinüs hareketi sonucunda toplam yer değiştirme 4 metre olacağından; Motorun milinin yarıçapı 2 cm olduğuna göre devir sayısı n; 400 = 2πrn (4.1) den ; n = 400/2π2 (4.2) n = 32 (4.3) Periyodu 4 saniye genliği 2 metre olan bir dalganın redüktöre verdiği hareketi motorla vemek için mil yarıçapı 2 cm olan motoru 2 saniye de 16 tur sağa 2 saniye de 16 tur sola çevrilmesi gerekmektedir. Diğer deyişle motora basit harmonik hareket yaptırılması gerekmektedir.

50 35 Şekil 4.6. Servo motor hız zaman grafiği Servo motora Şekil 4.6. daki hareketi yaptırılması neticesinde dalgadan dubaya aktarılan harmonik hareketi birebir olarak simüle edilmiştir Redüktör Servo motor ile elde edilen hareket redüktör vasıtasıyla tek yönlü harekete çevrilmiştir. Motor sağa ve sola dönmesine rağmen redüktör çıkışında tek yönlü hareket elde edilmesi mümkün olmaktadır. Milin yarıçapı 2 cm olduğundan; 3m s = 2πrn (4.4) n max = 1800 devir dk (4.5) Olarak hesaplanır. Buna göre redüktör çıkışındaki hareketin hız-zaman grafiği Şekil 4.7.

51 36 deki gibi olur. Şekil 4.7. Redüktör çıkışı hız zaman grafiği Redüktörde doğrultulan şekildeki hareket volana aktarılarak mekaniksel olarak daha kararlı bir hareket elde edilmesi mümkün olmuştur Volan Volan sayesinde redüktör çıkışındaki doğrultulmuş sinüs hareketi mekaniksel olarak sabitlenmesi mümkündür. Volan, enerjiyi mekanik olarak depolamaya yarayan bir sistemdir. Dönme hareketi yapan bir cismin kinetik enerjisi ; E kin = 1 2 Iw2 (4.6) Burada I eylemsizlik momentini göstermektedir. İçi dolu m kütleli Şekil 4.8 deki gibi bir volanın eylemsizlik momenti ;

52 37 Şekil 4.8. İçi dolu m kütleli volan I z = mr2 2 (4.7) I x = I y = 1 12 m(3r2 + h 2 ) (4.8) olmaktadır. I (4.6) da yerine yazıldığında; E kin = 1 2 mr 2 2 w2 (4.9) E kin = 1 4 mr2 w 2 (4.10) olur. Redüktör çıkışından sonra volan sayesinde hız 400 rpm de sabitlendiğinde 25 cm yarıçaplı ve 50 kg kütleli volanın enerjisi hesaplanırsa. E kin = (0,25)2 ( 2π )2 (4.11) E kin = 1368 joule (4.12) olur.

53 joule 38 Kütle sabit, yarıçap ile kinetik enerjinin değişimi Şekil 4.9 da görülmektedir. Yarıçap-Kinetik Enerji ,5 1 1,5 2 2,5 yarıçap (m) Şekil 4.9. Yarıçap-kinetik enerji değişimi 4.3. Mekanik Sistemin Çıkışından Elektrik Eldesi Dönel sistemlerden elektrik üretmek için sistemin özelliklerine göre farklı seçenekler mevcuttur. Yöntemler genelde aynı olsa da; kullanılan cihazların özelliklerine göre sistemlerin aralarında farklılaşma mevcuttur. Dalga enerjisinin temelini oluşturan dalganın periyodu çok rastsal olduğundan her ne kadar mekaniksel olarak bu rastsallık minimuma indirilmiş olsa da kullanılması gereken alternatörün giriş aralığının geniş olması gereklidir. Sonrasında alternatörün çıkışından daha düzgün ve daha kaliteli bir elektrik enerjisi almak için evirici sistemler kullanılmalıdır. Dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemlerin en büyük problemlerinden birisi de dalganın sürekli olmayışıdır. Bu sebepten dalga mevcut iken ürettiğimiz enerjiyi, dalga yokken de kullanıcıya/sisteme sağlamamız gerekir. Bunun için sisteme enerji talebi az iken enerjiyi depolayacak enerji talebi arttığında sisteme enerji verebilecek bir akü şarj-deşarj sistemi konulması uygun olacaktır. Bu sisteme ek bir maliyet getirecek ise de; enerjinin sürdürülebilir ve kesintisiz olması için bir zorunluluktur. İlk aşamada tasarlanan sistemin dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretmesi, ikinci aşamada üretilen elektrik enerjisinin şebekeye bağlanabilir kaliteye getirilmesi hedeflenmiştir. Bu bağlamda gerçekleştirilen sistem İTÜ Denizcilik Fakültesi Tuzla Kampüsü/İstanbul içerisinde Kasım/2013 tarihinde denize indirilmiştir (Resim 4.2).

54 39 Resim 4.2 Sistemin denize indirilişi (Kasım 2013) Denize indirme işleminden sonra test çalışmalarına başlanılmıştır. Denize indirilmeden önce dalga jeneratörünün sahada üzerine koyulacak olan temel, sahada yapılması yerine, fabrikasyon ortamında kalıcı sac kalıplı şekilde dizayn edilmiş, elektrik panosu imal edilerek, dalga kolektörüne bağlanmış test ve saha çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Mekanik ve elektriksel ünitelerin sistemin cihazın üst kısmına monte edilip (Resim 4.3), Resim 4.4 deki sistemin üzerinden kıyıda konteynerdeki kontrol odasına enerji ve data kablolarının çekildiği dalga hız, seviye sensörleri ve volan devri ile alternatör devrini ölçen takometreler bağlanmıştır. İlgili sensörlerin kontrol odasındaki elektrik panosuna bağlantıları gerçekleştirilerek cihaza çarpan dalgaların hızı, yüksekliği, frekansı, mekanik ünitelerin dönel hız değerleri, alternatörden çıkan elektriksel büyüklüğün gerilimi, güç değerleri, frekansı analizörden anlık takip edilmesi sağlanmıştır. Ölçüm cihazlarına ait yazılımlar da bilgisayara yüklenerek alınan tüm verilerin istenen zaman aralığında bilgisayara aktarımının yapılabilmesi sağlanmıştır.

55 40 Resim 4.3. Mekanik ve Elektriksel Ünite Resim 4.4. Sistemin Önden Görünüşü Şekil Alternatörün kesit görüntüsü

56 41 Elektriksel regülasyonu sağlayacak jel aküler, redresör ünitesi ve invertör çıkış bağlantıları yapılmıştır. Ancak testlerde Kasım 2013 tarihinden sonra, sistemin yerleştirildiği Tuzla/İstanbul'daki hava şartları, rüzgar ve buna bağlı dalga oluşumunda düşüklük (azlık) nedeniyle sürekli veya uzun süreli üretimin yapılamamıştır. 280 kg olan volan da maksimum 270 devir /dakika hıza ulaşılmış ve bu esnada sistemden alınan bilgiler kaydedilmiştir. Sistem sayesinde dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretilmiştir. Uzun süreli veri eldesi ve analizler için sistemin dalga potansiyeli yüksek yere taşınarak analizleri tez çalışması sonrasında da devam edilmesine karar verilmiştir. 280 kg lık volanın 270 devir/dakika hızla dönmesiyle oluşan kinetik enerjinin hesaplanması; E kin = 1 4 mr2 w 2 (4.13) E kin = (0,5)2 ( 2π )2 (4.14) E kin = joule (4.15) lük bir enerji jeneratörden üretilmiştir. Bu da düşük bir dalgada bile elektrik üretmek için sistemin gereken enerjiyi fazlasıyla sağladığını göstermiştir. Kullanılan alternatörün (kesit görüntüsü Şekil 4.10 da verilmiştir) devirlerde ki güç eğrisine bakacak olursak sistemin öngörülen çıktıları karşıladığı görülmektedir. Şekil GL-PMG 12K alternatör güç eğrisi

57 42 Potansiyel olarak devirler arasında dönecek volan 140 devir/dakika mertebesinde dahi 12 KW lık bir güç eldesini mümkün kılmaktadır. Koymuş olduğumuz 10 kw lık jeneratör bu uygulamada optimumdur. Ancak devamındaki çalışmalarda deniz dalgalarındaki bu potansiyel daha yüksek güçlerde üretim yapabilecek sistemlerin geliştirilebileceğini göstermesi bakımından mevcut çalışma önemlidir.

58 43 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Yeni enerji sistemi yöntem ve alternatiflerin ihtiyaçları karşılayabilecek düzeyde ve sürdürülebilir olması son derece önemlidir. Klasik yöntemlerden daha avantajlı olmaması durumunda bu yeni yöntemler sadece araştırma konusu olmanın ötesine geçemezler. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en büyük avantajlarından olan doğaya zarar vermemeleri ve sonlu olmamalarının yanı sıra bu yöntemler ucuz, sürdürülebilir ve yatırımları kısa zamanda karşılayabilir olmalıdırlar. Bu sebepten yeni geliştirilen bir sistem teorik uygulamadan pratik sistemleri oluşturana kadar birçok evreden geçmekte, yapılan bilimsel çalışmalarla sürekli geliştirilmelidir. Bu tez çalışmasında dalga enerjisinden elektrik üretmenin yeni bir uygulamayla mümkün olduğu ve dünyada çeşitli uygulamalarla karşılaştırılması yapılmıştır. Ülkemizin de dalga enerjisi bakımından zengin olduğu ve dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretilebileceği gösterilmiştir. Geliştirilen sistemin dünyadaki diğer sistemlerle karşılaştırılabilir ve üstün taraflarının mevcudiyeti gösterilmiştir. Bu bağlamda önce KOSGEB ten daha sonra TÜBİTAK tan destek alınarak mevcut sistem geliştirilmiş ve uygulamaya sokulmuştur. Mevcut sistem çıktıları ile ulusal bir bildiri (EK-1) ve dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemlerin laboratuvar ortamında similasyonunu anlatan kısmı ile uluslararası bir bildiri (EK-2) hazırlanmış ve sunulmuştur. Yapılan çalışmanın çıktısı sistemde enerjinin sürekliliği ve üretebileceği güç değerleri şu anda günümüzde kullanılan güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji sistemleriyle rekabet edecek durumda değildir. Öncelikle yatırım maliyetleri azaltılmalıdır. Teknik olarak değil, prosedürler ve yönetmeliklerle de dalga enerjisinin kullanımı cazip hale getirilmelidir. Bu aşamadan sonra, bu yeni sistem enerji ihtiyacının giderilmesi konusunda pay sahibi olabilecektir. İlave olarak mevcut çalışma ile dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten sistemler deniz veya okyanuslara indirilmeden önce laboratuvar ortamında her türlü teste tabi tutulabilecek ve karşılaşılabilecek potansiyel problemler anında ve maliyeti az olacak şekilde çözümlendirilebilecektir. Karşılaşılabilecek problemler için üretilen çözümler anında sisteme entegre edilerek laboratuvar ortamında test edilebilecektir. Bu da sistemin denize indirilmesi, tekrar çıkarılması nakliyesi vb. gibi ekstra maliyetlerin önüne geçilmesini sağlayacaktır.

59 44 Bu çalışmada tasarlanan bu sistem geliştirilerek çok yönlü olarak da kullanılabilir. Yüksek potansiyelli dalga rejimine sahip yerlerde daha büyük güçlerde üretim yapan sistemler tasarlanabilir. Üniversite ve araştırma enstitülerinde dalga enerjisi araştırma merkezleri kurularak yaygınlaştırılabilir. Araştırmalar ve araştırmacılar için her türlü çalıma ve deneylerin yapılabileceği bir laboratuvar kurulması çalışmaları hızlandıracaktır. Şekil 5.1 de denize indirilen sistem ile laboratuvara kurulan sistemin şemaları gösterilmiştir. Şekil 5.1 Sistemin şeması Mevcut tez araştırmasında gerçekleştirilen çalışmalar özetlenip maddeler halinde verilirse; - Bu çalışmada dalga enerji santralleri hakkında bilgilendirme yapılmıştır, - Lineer dalga teorisine göre ülkemizde örnek bir körfez seçilerek dalga enerjisi potansiyeli hesaplaması uygulaması yapılmıştır. - Bu hesaplama sonucunda ülkemizin de dalga enerjisi santrallerinin kullanımına uygun olduğu gösterilmiştir. - Dalganın karakteristiği incelenerek hangi sistemin daha uygun olacağına karar verilmiştir. - Dalga enerjisinin karakteristiği incelenerek laboratuvar ortamında servo motor vasıtasıyla dalga simüle edilmiştir.

60 45 - Volan hesaplamaları yapılarak volanın kütlesine ve yarıçapına bağlı olarak volanda ne kadar enerji depolanabildiği hesaplanmıştır. - Volanın devir sayısına göre alternatörden ne kadarlık güç elde ettiğimiz alternatörün güç eğrisinden hesaplanmıştır. - Tübitak desteği ile oluşturulan bu sistem denize indirilmiş ve elektrik üretimi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak; Bu çalışma sayesinde ülkemizde dalga enerjisinden elektrik enerjisi üreten bir sistem tasarlanmış, uygulamaya konulmuş ve bu tür sistemlerin analizlerinin daha masrafsız ve daha çabuk yapılabilmesi için dalga havuzlarına gerek kalmadan laboratuvar ortamında yapılmasına imkan sağlayacak sistem oluşturulmuştur. İleriki çalışmanın konusu, inverter devresi çıktısı olan sabit frekans ve genlikteki elektriğin sisteme entegresi ve kararlılık analizleri olacaktır. Bir amaçta sistemin dalga rejimi yüksek Gökova veya Akçakoca gibi bir yere taşınması, ölçüm ve analizlerinin buralarda detaylandırılarak sunulması planlanmıştır.

61 46

62 47 KAYNAKLAR 1. GENÇOĞLU, M. (2002). Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Türkiye Açısından Önemi. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 14(2), Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi. (2010). Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi Enerji Raporu. Ankara: DEKTMK, World Wide Fund for Nature. (2011). Yenilenebilir Enerji Geleceği Ve Türkiye. Ankara: WWF, İnternet: i.com%2ftarihsel.php+&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: 2Ftr-TR%2FSayfalar%2FGunes&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: 2Fpvgis%2F&date= Son Erişim Tarihi: İnternet: yenilenebilir%2fruzgar-ruzgar_enerjisi.aspx&date= Son Erişim Tarihi: Myrhauga, D., Leira, B.J., Holma, H. (2009). Wave power statistics for individual waves. Applied Ocean Research, 4(31), Sağlam, M., Uyar T. (2005, Ekim ). Dalga Enerjisi ve Türkiye nin Dalga Enerjisi Teknik Potansiyeli. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu-YEKSEM, Mersin. 10. López, I., Andreu, J., Salvador, C., Martínezde-Alegría, I., Kortabarria, I. (2013). Review of wave energy technologies and the necessary power-equipment, Renewable and Sustainable Energy Reviews. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 27(11), İnternet: bly.com%2f&date= Son Erişim Tarihi: Li, W., K.T. Chau, K.T., Li, J. and Zhang, X, (2009, 8-11 Kasım ). Wave Power Generation and İts Feasibility İn Hong Kong. Advances in Power System Control, Operation and Management (APSCOM 2009), Hong Kong.

63 Ün, T. (2003, Ekim ). Dalga Enerjisi: Teknolojisi, Ekonomisi, Çevresel Etkisi Ve Dünyadaki Durumu. Ulusal Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, İzmir. 14. Uyar, T. S., Sağlam, M. and Sulukan, E. (2010). Wave Energy And Technical Potential Of Turkey. Deniz Harp Okulu Deniz Bilimleri Ve Mühendisliği Dergisi, 2(6), Falcão, A.F.D.O. (2010). Wave Energy Utilization: A Review Of The Technologies. Renewable And Sustainable Energy Reviews, 14(3), İnternet: eknoloji%2fdalga_en_urt_sistemleri.aspx&date= Son Erişim Tarihi: Rosa, A.V., Fundamentals of Renewable Energy Processes, Elsevier Academic Press, 2005

64 EKLER 49

65 50 EK-1. Dalga Enerjisinden Elektrik Üreten Sistemlere Genel Bir Bakış ve Yeni Bir Yöntem Uygulaması

66 51 EK-1. (devam) Dalga Enerjisinden Elektrik Üreten Sistemlere Genel Bir Bakış ve Yeni Bir Yöntem Uygulaması

67 52 EK-1. (devam) Dalga Enerjisinden Elektrik Üreten Sistemlere Genel Bir Bakış ve Yeni Bir Yöntem Uygulaması

68 53 EK-1. (devam) Dalga Enerjisinden Elektrik Üreten Sistemlere Genel Bir Bakış ve Yeni Bir Yöntem Uygulaması

69 54 EK-1. (devam) Dalga Enerjisinden Elektrik Üreten Sistemlere Genel Bir Bakış ve Yeni Bir Yöntem Uygulaması

70 EK-2. Modeling Of Wave Energy Power Plant Under Laboratory Conditions 55

71 EK-2. (devam) Modeling Of Wave Energy Power Plant Under Laboratory Conditions 56

72 EK-2. (devam) Modeling Of Wave Energy Power Plant Under Laboratory Conditions 57

73 EK-2. (devam) Modeling Of Wave Energy Power Plant Under Laboratory Conditions 58

74 EK-2. (devam) Modeling Of Wave Energy Power Plant Under Laboratory Conditions 59

75 60 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı : Ai Osman, KÜÇÜK Uyruğu : T.C. Doğum tarihi ve yeri : , Erzurum Medeni hali : Bekar Telefon : 0 (533) Faks : Küçük E-Posta : aliosmankucuk@gazi.edu.tr Eğitim Derece Yüksek Lisans Okul/Program Gazi Üniversitesi/Elektrik-Elektronik Mezuniyet tarihi 2014 Lisans Atatürk Üniversitesi/Elektrik-Elektronik 2010 Lise Erzurum Anadolu Lisesi 2006 İş Deneyimi Yıl Çalıştığı Yer Artvin Çoruh Üniversitesi Görev Araştırma Görevlisi Gazi Üniversitesi Araştırma Görevlisi Yabancı Dil İngilizce Yayınlar 1)Kantarcı, M., Gündogdu, F., Doganay, S., Duran, C., Kalkan, M.E., Sagsoz, E., Kucuk O., Karakaya, A., Kucuk, A., Akgün, M. (2011). Arterial bending angle and wall morphology correlate with slow coronary flow: Determination with multidetector CT coronary angiography. European Journal of Radiology, 77(1), Hobiler Kayak, Futbol, Müzik

76 GAZİ GELECEKTİR...