TÜRKİYE RÜZGAR ATLASI

Transkript

1 TÜRKİYE RÜZGAR ATLASI Cihan DÜNDAR 1,Mustafa CANBAZ 2, Nezihe AKGÜN 3, Gürkan URAL 4 1 Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Araştırma Şube Müdürlüğü, cdundar@meteor.gov.tr 2 Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü,Rüzgar Enerjisi Şube Müdürlüğü, mcanbaz@eie.gov.tr 3 Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü, Araştırma Şube Müdürlüğü, nakgun@meteor.gov.tr 4 Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü,Rüzgar Enerjisi Şube Müdürlüğü, gural@eie.gov.tr ÖZET Son yıllarda artan enerji gereksiniminin karşılanmasında, fosil enerji kaynaklarından yapılan üretimle ortaya çıkan çevre kirliliği, Türkiye'nin gündeminde önemli bir yer tutmaktadır. Tüm dünyada olduğu gibi, Türkiye'de de temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına doğru bir yönelme gözlenmektedir. Temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarından biri rüzgar enerjisidir. Bu çalışma için, Türkiye üzerinde homojen dağılım gösteren 96 adet meteoroloji istasyonu için yerinde incelemeler yapılmış ve bu istasyonlardan 45 adetinin verileri kullanılmıştır. Türkiye Rüzgar Atlası, Avrupa Rüzgar Atlasının hazırlanmasında da kullanılan WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) modeli kullanılarak yapılmıştır. Anahtar Kelimeler : Rüzgar, Rüzgar Atlası, Rüzgar Enerjisi, Rüzgar Potansiyeli, WA s P ABSTRACT Environmental pollution caused mainly by use of fossil fuels in order to meet increasing demand for energy have become an important matter in Turkey s agenda during the last decades. It has been observed that there has been a tendency towards the clean and renewable energy sources in Turkey, as in the whole world. Wind energy is one of those energy sources. In this study, onsite surveys have been done for 96 meteorological stations distributed homogeneously over Turkey, and the 45 of these stations were used for the preparation of Turkish Wind Atlas. The Atlas was prepared by using WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) model used for European Wind Atlas. Keywords : Wind, Wind Atlas, Wind Energy, Wind Potential, WA s P

2 1. GİRİŞ Kalkınmanın temel gereksinimlerinden biri enerji üretimidir. Mevcut enerji üretim ve tüketim sistemleri, yerel, bölgesel ve küresel ölçekte hava, su ve toprak kirlenmesine yol açmaktadır. Kirletici azaltımının en önemli aracı, yeni ve yenilenebilir enerjileri de içerecek şekilde oluşturulacak, çevreye karşı duyarlı ve sürdürülebilir enerji sistemleridir dünya petrol krizi, alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına gösterilen ilginin artmasına sebep olmuştur. Dünya enerji ihtiyacının önemli bir bölümünü karşılayan fosil yakıtların kısıtlı kullanım sürelerinin olması, enerjinin elde edilmesi sırasında çevreye yapılan tahribat ve gelecek nesillerin de enerji ihtiyacı dikkate alındığında, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha iyi anlaşılmaktadır. Bu kaynakların yaygın ve geniş ölçekli kullanımı, teknolojik gelişmelere ve potansiyeli belirleyecek ulusal ve uluslararası bilgi ağının oluşturulmasına bağlıdır. İlk etapta göz önünde bulundurulması gereken alternatif enerji kaynaklarından birisi Rüzgar Enerjisidir. Yatay ya da yataya yakın yönde yer değiştiren bir hava kütlesinin hareketi rüzgar, bu kütlenin iş yapabilme yeteneği de rüzgar enerjisi potansiyeli olarak tanımlanmaktadır. Dünya rüzgar enerji potansiyelinin, 5 kuzey ve güney enlemleri arasındaki alanda 26. TWh/yıl olduğu ve ekonomik ve diğer nedenlerden dolayı 9. TWh/yıl kapasitenin kullanılabilir olduğu tahmin edilmektedir. Yine yapılan çalışmalara göre, Dünya karasal alanları toplamının (17*1 6 km 2 ) %27 sinin (3*1 6 km 2 ) yıllık ortalama 5.1 m/s den daha yüksek rüzgar hızının etkisi altında kaldığı belirtilmektedir. Bu rüzgar enerjisinden yararlanma imkanının olabileceği varsayımıyla 8 MW/km 2 üretim kapasitesi ile 24. GW kurulu güce sahip olunacağı hesaplanmaktadır. 2. RÜZGAR ENERJİSİ KONUSUNDA YAPILAN ÇALIŞMALAR Avrupa Rüzgar Atlası tamamlanmasına rağmen (Troen and Petersen, 1989), bu çalışmada yer almayan istasyonlar için rüzgar potansiyeli belirleme çalışmaları sürdürülmektedir. Gelişmiş ülkeler dışındaki ülkelerde de rüzgar potansiyeli belirleme çalışmaları yapılmaktadır. Nijerya (Adekoya and Adewale, 1992), Fas (Darwish and Sayigh, 1991), Hindistan (Panda et al., 199), Yunanistan (Pneumatikos, 1991) ve Kıbrıs (Pashardes and Christofides, 1995) için yapılan çalışmalarında, rüzgar enerjisinden yararlanılabileceği belirtilmektedir.

3 EİE tarafından yapılan çalışmalarda, Rüzgar enerjisi açısından Bandırma, Antakya, Kumköy, Mardin, Sinop, Gökçeada, Çorlu ve Çanakkale zengin bölgeler olarak tespit edilmiştir (EİE yayınları, 85-I). Ayrıca, Bandırma (Dündar and İnan, 1999), Bozcaada (Dündar and İnan, 1996), Çeşme (Dündar and İnan, 1997), Gökçeada (Tolun vd., 1994), Çanakkale, Karadeniz Ereğlisi, Florya ve Siverek (Külünk, 1993) gibi yöresel rüzgar potansiyeli belirleme çalışmaları da yapılmıştır. Ülkemizde, Rüzgar Enerjisi yatırımı ilk olarak 1998 yılında Çeşme de gerçekleştirilmiştir (8.7 MW). 2 yılı içinde ise sadece 1.2 MW lık bir yatırım Bozcaada da yapılmıştır. 3. YÖNTEM Rüzgar enerjisi potansiyellerinin belirlenmesi için çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu incelemede, rüzgar atlası istatistiklerini elde etmek için Danimarka Meteoroloji Teşkilatı nın Riso Meteoroloji Laboratuvarında hazırlanmış ve geliştirilmiş olan ve Avrupa Rüzgar Atlasının (European Wind Atlas, Troen and Petersen,1989) hazırlanmasında da kullanılan WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program) paket programı kullanılmıştır. Türkiye genelinde seçilmiş istasyonlar için yapılan analizler sonucu elde edilen değerler kullanılarak Türkiye Rüzgar Atlası oluşturulacaktır. WAsP ile Rüzgar Enerjisi Potansiyellerinin Belirlenmesi WAsP paket programı, veri analizlerini, rüzgar hız verilerinin 2 parametreli Weibull dağılımına uygun bir dağılım gösterdiğini varsayarak yapmaktadır. Bu program, dört değişik girdi bilgisini kendi alt modellerinde değerlendirerek, bölgesel rüzgar atlası istatistiklerini hesaplamaktadır. WAsP ın kullandığı temel bilgiler şunlardır: i) saatlik rüzgar verisi, ii) bölge pürüzlülük bilgileri, iii) yakın çevre engel bilgileri, iv) bölgenin topoğrafyası. WAsP programı bir bütün olmakla birlikte, yukarıdaki bilgilerin değerlendirilmesinde alt modeller kullanmaktadır.

4 3. VERİ WAsP paket programı için dört temel veriye gereksinim duyulmaktadır. Bunlar; saatlik rüzgar hız ve yön bilgileri, yakın çevre engel bilgileri, pürüzlülük bilgileri ve topoğrafya bilgileridir Rüzgar Verisi Çalışmada, Türkiye üzerinde homojen dağılım gösteren 45 adet meteoroloji istasyonunun dönemine ait saatlik olarak ölçülmüş rüzgar verileri kullanılmıştır. Rüzgar ölçümleri, istasyonların bir çoğunda yer düzeyinden 1 m yükseklikte yapılmıştır. Farklı yükseklikte ölçüm yapan meteoroloji istasyonları için gözlenen değerler 1 m yüksekliğe uyarlanmıştır Yakın Çevre Engelleri Ölçülen rüzgar değerlerine etki eden ölçüm noktası etrafındaki engeller, 1/1. ve 1/5. ölçekli imar planları kullanılarak yerinde yapılan incelemelerle belirlenmiştir Topoğrafya ve Pürüzlülük Bilgileri Topoğrafya bilgileri Harita Genel Komutanlığınca üretilen 1/25. ölçekli sayısal paftalardan temin edilmiştir. Yüzey pürüzlülük bilgileri, 1/25. ölçekli paftalar üzerinden pürüzlülük sınırlarının sayısallaştırılmasıyla elde edilmiştir. 4. HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR DMİ kayıtlarından alınan saatlik ham rüzgar verilerinin istatistiksel analizleri, çalışma için özel olarak hazırlanan bilgisayar programları ve WAsP programı yardımıyla yapılmıştır. Türkiye Rüzgar Atlasının hazırlanması için, mümkün olduğunca homojen dağılım gösteren 45 adet Meteoroloji İstasyonu değerlendirilmiştir. Her bir istasyon için yapılan analizler sonucunda elde edilen Rüzgar İstatistikleri 3 er sayfadan oluşmaktadır. Gönen için yapılan hesaplamalar örnek olarak verilmiştir. Birinci sayfanın en üst bölümünde, istasyon adı, istasyon koordinatları (derece-dakika-saniye ve UTM olarak) ve istasyonun deniz seviyesinden olan yüksekliği bulunmaktadır. Üst bölümde yer alan çizelgede, Anemografın yerden yüksekliği, ölçüm periyodu ve saatlik ham

5 rüzgar verilerinin istatistikleri yer almaktadır. Bu çizelgenin ilk sütununda 3 ar derecelik aralıklarla sektörler, ikinci sütununda ise bu sektörlerdeki esme sıklıkları (frekanslar) bulunmaktadır. Üçüncü sütundan itibaren rüzgar hızlarının hız aralıklarına göre esme sayıları görülmektedir (örneğin; <1 sütununda 1 m/s den düşük rüzgar hızlarının, 5 sütununda ise 4 ile 5 m/s arasındaki rüzgar hızlarının esme sayıları bulunmaktadır). Son iki sütunda ise Weibull Parametreleri (A: büyüklük parametresi, k: şekil parametresi) vardır. Çizelgenin en alt kısmında bulunan Toplam satırında; hız aralıklarına göre ayrılmış olan esme sayılarının toplamları 1 üzerinden normalize edilerek verilmiştir. Sayfa ortasında bulunan ikinci çizelgede, saatlik rüzgar hızlarının 3 er saatlik ortalamalarının aylara göre dağılımı bulunmaktadır. Bu çizelgeden rüzgar hızlarının gün içinde ve yıl içindeki değişimleri gözlenebilmektedir. Birinci sayfanın altında bulunan çizelgede ise, ölçüm periyodu içinde kayıt edilen rüzgar hızlarının aylık ortalamaları bulunmaktadır. Bu çizelge üzerinden rüzgar hızlarının ölçüm dönemi içinde nasıl bir değişim gösterdiği izlenebilmektedir. İkinci sayfada, WAsP programı kullanılarak hesaplanan bölgeye ait Rüzgar Atlası İstatistikleri verilmiştir. Bu çizelgelerde; Avrupa Rüzgar Atlası standart yükseklikleri (1, 25, 5, 1 ve 2 m) ve her bir sektör için ayrı ayrı hesaplanmış olan Weibull Parametreleri yer almaktadır. Her bir pürüzlülük sınıfı için ayrı bir çizelge oluşturulmuştur. Çizelgelerin ilk sütunlarında Avrupa Rüzgar Atlası standart yükseklikleri, takip eden sütunlarda da 3 ar derecelik sektörler için hesaplanmış Weibull Parametreleri bulunmaktadır. Son sütunda (Toplam) ise tüm sektörleri temsil eden A ve k parametreleri bulunmaktadır. Çizelge altlarında, sektörlerin toplama olan katkısını gösteren frekanslar bulunmaktadır. Sayfa altında bulunan çizelgede, Weibull Parametreleri kullanılarak, her bir pürüzlülük sınıfı ve standart yükseklik için hesaplanan ortalama rüzgar hızları (m/s) ile ortalama enerji yoğunlukları (W/m 2 ) bulunmaktadır. Üçüncü sayfada, yapılan istatistikler sonucu elde edilen grafikler bulunmaktadır. Ortalama yıl grafiği sayfanın sol üst köşesinde yer almaktadır. Bu grafikte, ölçülen rüzgar hızlarındaki (kırmızı çizgi) ve rüzgar hızlarının küplerindeki (mavi çizgi) ortalama mevsimlik değişimler görülmektedir. Grafiğin sol ekseni hızların ortalamalarına (m/s), sağ ekseni ise hız küplerinin ortalamalarına (m 3 /s 3 ) aittir.

6 Ortalama gün grafiği sayfanın sağ üst köşesinde bulunmaktadır. Bu grafikte, Ocak ve Temmuz aylarında ölçülen rüzgar hızlarının gün içindeki değişimleri görülmektedir. Ocak ayı için ortalama hız kalın kırmızı çizgiyle, hız küpleri ortalaması kalın mavi çizgiyle gösterilmiştir. Temmuz ayı için ise, ortalama hız ince kırmızı çizgiyle, hız küpleri ortalaması ince mavi çizgiyle verilmiştir. Grafiğin sol ekseni hızların ortalamalarına (m/s), sağ ekseni ise hız küplerinin ortalamalarına (m 3 /s 3 ) aittir. Zaman grafiği sayfanın orta kısmında bulunmaktadır. Bu grafikte hız anomalileri yer almaktadır. Grafik üzerinde aylık ortalama hızlarla, yıllık ortalama hız arasındaki farklar (ince kırmızı çizgi) ile aylık ortalama hız küpleriyle, yıllık ortalama hız küpleri arasındaki farklar (ince mavi çizgi) görülmektedir. Ayrıca elde edilen rüzgar hızı anomalilerin 5 li hareketli ortalaması da çizilmiştir (kalın kırmızı çizgi). Rüzgar gülü grafiği sayfanın alt kısmında yer almaktadır. Bu grafikte, ölçüm dönemi içinde kayıt edilen rüzgarların yön aralıklarına göre esme yüzdeleri (frekansları) bulunmaktadır. Ayrıca, Gönen için yer seviyesinden 5 yükseklikte Rüzgar Haritası hazırlanmıştır. Bu harita, Gönen Yükseklik Haritası ile karşılaştırıldığında; özellikle tepelik ve dağlık arazilerde rüzgar potansiyellerinin daha yüksek olduğu görülmektedir. İstasyonlar için hesaplanan ortalama rüzgar hızları (m/s) ile ortalama enerji yoğunlukları (W/m 2 ) kullanılarak 5 m yükseklik için Rüzgar Atlası hazırlanmıştır. Bu atlasa göre, özellikle Ege ve Batı Karadeniz kıyıları ile Marmara Bölgesi ve Doğu Akdeniz kıyılarında Rüzgar Enerjisi potansiyelleri yüksektir. Bu bölgelerde yapılacak detaylı çalışmalar ile Rüzgar Enerjisinden verimli bir şekilde yararlanmak mümkündür.

7 Gönen 4 6' 53'' N 27 38' 35'' E UTM E m N m h : 37 m Anemograf Yüksekliği : 1 m Periyod : Sektör Frekans < >17 A k Toplam Saat Oca. Şub. Mar. Nis. May. Haz. Tem. Ağu. Eyl. Eki. Kas. Ara. Ort GÜN YIL Oca. Şub. Mar. Nis. May. Haz. Tem. Ağu. Eyl. Eki. Kas. Ara. Ort Ort

8 Gönen Pürüzlülük Sınıfı Toplam Frekans Pürüzlülük Sınıfı Toplam Frekans Pürüzlülük Sınıfı Toplam Frekans Pürüzlülük Sınıfı Toplam Frekans z Sınıf Sınıf 1 Sınıf 2 Sınıf

9 Gönen Periyod Ane. Yük. Ort. Hız St. Sapma Hız Küp Ort m 2.4 m/s 1.9 m/s 49 m 3 /s O Ş M N M H T A E E K A ,6 12,8 6, -,8-6 -1,

10 Beş farklı topoğrafik durum için yer seviyesinden 5 m yükseklikteki rüzgar potansiyelleri 1 Kapalı Araziler 2 Açık Araziler 3 Kıyılar 4 Açık Deniz 5 Tepe ve Bayırlar 6 ms -1 Wm -2 ms -1 Wm -2 ms -1 Wm -2 ms -1 Wm -2 ms -1 Wm -2 > 6. > 25 > 7.5 > 5 > 8.5 > 7 > 9. > 8 > 11.5 > < 3.5 < 5 < 4.5 < 1 < 5. < 15 < 5.5 < 2 < 7. < Rüzgar potansiyeli, rüzgarın gücünü temsil etmektedir. Rüzgar türbini halihazırdaki potansiyelin % 2 ile % 3 luk bölümünü kullanabilir. Potansiyel hesaplamaları; deniz seviyesinde 1 Atm lik standart basınç ve 15 C sıcaklığa karşılık gelen 1.23 kg/m 3 yoğunluğa göre yapılmıştır. Yerleşim alanları, ormanlar ve rüzgar kırıcıların yoğun olduğu tarım alanları (pürüzlülük sınıfı 3). Az sayıda rüzgar kırıcının olduğu açık araziler (pürüzlülük sınıfı 1). İç bölgelerde en fazla tercih edilen alanlar genellikle bu sınıfta bulunmaktadır. Düzgün kıyı alanları ve çok az sayıda rüzgar kırıcı içeren kara yüzeyleri (pürüzlülük sınıfı 1). Eğer hakim rüzgar yönü deniz tarafından ve sürekli ise, potansiyel daha fazla olabilir. Tam tersi durumda ise potansiyel daha az olabilir. Kıyılardan en az 1 km uzaklıktaki açık denizler (pürüzlülük sınıfı ). Bütün sınıflarda %5 ye varan bir hız artışı görülmektedir ve bu sonuç 4 m yüksekliğinde ve 4 km çapındaki simetrik bir tepede yapılan hesaplamalarda elde edilmiştir. Rüzgar hızındaki artış; tepenin yüksekliğine, uzunluğuna ve yapısına bağlıdır.

11 5. KAYNAKLAR 1. Adekoya L. O. and Adewale A. A., (1992). Wind energy potential of Nigeria, Renewable Energy, 2, Ambrosini G., Benato B., Garavaso C., Botta G., Cenerini M., Comand D. and Stork C., (1992). Wind energy potential in Emilia Romagna, Italy, J. of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 39, Beljaars A. C. M., Walmsley J. L. And Taylor P. A., (1987). A mixed spectral finite-difference model for neutrally stratified boundary-layer flow over roughness changes and topography. Boundary-Layer Meteorology, 38, Beyer H. G. and Nottebaum K., (1995). Synthesis of long-term hourly wind speed time series on the basis of European wind atlas data, Solar Energy, 54, Darwish A. S. and Sayigh A. A. M., (1991). Wind energy potential in Morocco, Renewable Energy, 1, Dündar C., and İnan D., (1996) Investigation of wind energy application possibilities for a specific island (Bozcaada) in Turkey, 9, Special Issue, World Renewable Energy Congress: Renewable Energy, Energy Efficiency and the Environment. 7. Dündar C., and İnan D., (1997) Wind energy potential in Çeşme, Turkey, ISES 1997 Solar World Congress, August 1997, Taejon, Korea. 8. Dündar C. and İnan D., (1999) The analysis of wind data and wind energy potential in Bandırma, Turkey, ISES 1999 Solar World Congress, Jerusalem, Israel. 9. Dündar C., Canbaz M. ve Akgün N., (2) Türkiye Rüzgar Atlası Projesi ve Örnek Çalışma : Ayvalık, 3. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, Kasım 2, İstanbul. 1. Dündar C., Canbaz M., Akgün N., Ural G., (22) Türkiye Rüzgar Atlası, DMİ ve EİE ortak yayını, Haziran 22, Ankara. 11. EİE Yayın 85 I. 12. Garrad A. (1991). Wind Energy in Europe: A plan of Action, Summary report of Wind Energy in Europe - Time for Action, The European Wind Energy Association. 13. Jackson P. S. and Hunt J. C. R., (1975). Turbulent wind flow over a low hill, Quart. J. Roy. Met. Soc., 11, Jensen N. O., Petersen E. L. And Troen I., (1984). Extrapolation of mean wind statistics with special regard to wind energy applications. World Meteorological Organization, WCP pp.

12 15. Justus C. G., Hargraves W. R. and Yalçın A., (1976). Nation-wide assessment of potential output from wind powered generators, J. Appl. Meteor., 15, Justus C. G., Hargraves W. R., Mikhail A. and Graber D., (1978). Methods for estimating wind speed frequency distribution, J. Appl. Meteor., 17, Külünk H., (1993). Wind energy potential in Turkey, Applied Energy, 45, Lettau H., (1969). Note on aerodynamic rougness-parameter estimation on the basis of roughness-element distribution, J. Appl. Met., 8, Mortensen N. G., Landberg L., Troen I. and Petersen E. L., (1993). Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP), Vol. 1: Getting Started, Riso National Laboratory, Roskilde, Denmark. 2. Panda R. K., Sarkar T. K. and Bhattacharya A. K., (199). Stochastic study of the wind-energy potential of India, Energy, 15, Pashardes S. and Christofides C., (1995). Statistical analysis of wind speed and direction in Cyprus, Solar Energy, 55, Petersen E. L., Troen I. and Mortensen N. G., (1988). The European wind energy resources, Proceedings of EC Wind Energy Conference and Exhibition, 6-1 June 1988, Denmark. 23. Pneumatikos J. D., (1991). Wind energy potential in NW Peloponnese-Greece, Renewable Energy, 1, Salmon J. R., Bowen A. J., Hoff A. M., Johnson R., Mickle R. E., Taylor P. A., Tetzlaff G. and Walmsley J. L., (1987). The Askervein Hill Project: Mean wind variations at fixed height above ground. Boundary-Layer Meteorology, 43, Taylor P. A. and Teunissen H. W. (1987). The Askervein Hill Project: Overview and background data. Boundary-Layer Meteorology, 39, Tolun S., Menteş S., Aslan Z. ve Yükselen M. A., (1994). Gökçeada rüzgar enerjisi potansiyelinin tahmini ve bundan elektrik enerjisi üretimi, Türkiye 6. Enerji Kongresi Teknik Oturum Tebliğleri I, s: , Ekim 1994, İzmir. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi. 27. Troen I. and Petersen E. L., (1989). European Wind Atlas, Commission of the European Communities, Directorate-General for Science, Brussels, Belgium. 28. Türksoy F., (1994). Rüzgar enerjisi; dünyadaki yeri ve Türkiye için önemi, Türkiye 6. Enerji Kongresi Teknik Oturum Tebliğleri I, s: , Ekim 1994, İzmir. Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi.