KOMPLEKS BİR SAHADA BİRDEN FAZLA ÖLÇÜM DİREĞİ KULLANILARAK YAPILAN SAHA MODELLEMESİ VE ENERJİ ANALİZİ

Transkript

1 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 63 KOMPLEKS BİR SAHADA BİRDEN FAZLA ÖLÇÜM DİREĞİ KULLANILARAK YAPILAN SAHA MODELLEMESİ VE ENERJİ ANALİZİ Musa Kocaman 1, Mehmet Göksel Güngör 2 1 Yıldız Teknk Ünverstes, 2 Semens Gamesa Renewable Energy 1 musa.kocaman@semens.com, 2 goksel.gungor@semens.com ÖZET Rüzgar Enerjs Santrallernn enerj üretm hesaplamaları, projenn gerçekleştrlmesne karar verrken öneml br parametredr. Rüzgar gücü, hızın küpüyle orantılı olduğu çn tahmnlenmş rüzgar hızlarında oluşablecek ufak sapmalar enerj analzlernde cdd farklılıklara sebebyet vereblmektedr. Bu çalışmada kompleks yapıya sahp br arazde, aralarında 8 km mesafe olan, k adet 80 m yükseklğnde ve 3 yıllık rüzgar versne sahp ölçüm drekleryle saha modellemes gerçekleştrlmştr. Ölçüm verler, rüzgar saha modellemesnde Lneer ve 3D Akış modellemes yapan yazılımlar (WAsP (Wnd Atlas Analyss and Program), WndSm ve Ansys CFX) kullanılarak herbr çn ayrı model sonuçları oluşturulmuş ve ölçüm dreğ noktasında smüle edlen rüzgar hızları ve enerj üretm değerler, gerçekte ölçülen verlerle kıyaslanmıştır. Ayrıca, her ölçüm dreğne at verler kullanılarak, belrtlen yazılımlar aracılığıyla her br model çn rüzgar kaynak hartaları oluşturulmuş ve dğer ölçüm dreğ noktasında tahmn edlen rüzgar hızı ve yıllık enerj üretm, o noktada gerçekte bulunan ölçüm dreğ verleryle kıyaslanmıştır. Çalışma sonucunda, belrszlkler azaltmak amacıyla kompleks ve büyük rüzgar sahalarında ölçüm dreğ seçmnn önem, lneer ve lneer olmayan farklı yöntemler kullanılarak serglenmştr. 1. GİRİŞ Br rüzgar enerjs santralnn planlanması aşamasında rüzgar ölçümlernn yapılması ve çevresel faktörler baz alınarak yapılan saha modellemes büyük önem arz etmektedr. Bu modellern mevcut olması, uygun rüzgar türbn seçm ve saha enerj analzlerne olanak sağlamaktadır [1]. Analzlerde kullanılan ölçüm verler, k adet 80 metre yükseklğe ve yılları arasında rüzgar verlerne sahp ölçüm dreklernden elde edlmştr. Ek olarak, saha eşyükselt ve pürüzlülük hartaları da analzlerde değerlendrlmştr. Kompleks yapıdak sahalarda yapılan rüzgar değerlendrme analzler düz br rüzgar sahasına göre daha zorlu olablmektedr. Lneer hesaplama yöntemne sahp WAsP gb modeller tam olarak rüzgar koşullarını hesaplayablmektedr. Alternatf olarak hesaplamalı akışkanlar dnamğ (CFD) gb lneer olmayan hesaplama yöntemler analzlerde değerlendrlmeye başlanmıştır [2]. Bldrde, saha modellemes çn hesaplamalı akışkanlar dnamğ çözümlemes yapan WndSm ve Ansys CFX yazılımları kullanılmıştır.

2 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 64 Tüm bu değerlendrmeler ışığında her br hesaplama yöntem çn saha model oluşturulmuş ve rüzgar kaynak hartaları hazırlanmıştır. Kaynak hartalar kullanılarak rüzgar hızı ve enerj tahmnler gerçekleştrlmş ve ölçüm dreklernn bulunduğu konumda bulunan gerçek rüzgar hızlarıyla karşılaştırılmıştır. 2. YÖNTEM Bu bölümde, analzlerde kullanılacak olan rüzgar sahası le lgl tanımlara, rüzgar karakterstklerne ve kullanılan modellere yer verlmştr Sahanın Tanımı Analzlerde kullanılan rüzgar sahası Aydın ın Söke lçesnde bulunmaktadır. Saha yaklaşık olarak 30 km² br alana sahp olup, aşağıdak bölümlerde sahanın eşyükselt ve pürüzlülük tanımlarına yer verlmştr Eşyükselt Hartası Rüzgar enerj analzlernde rüzgar akış koşulları ve enerj kaynak hartası, sahanın eşyükselt hartasına doğrudan bağlantılıdır. Hartanın çözünürlüğü arttıkça elde edlecek sonuçlar daha sağlıklı olablmektedr. Bundan dolayı çalışmada rüzgar sahasını kapsayacak şeklde 1:1000 ölçekl eşyükselt hartası kullanılmıştır. Rüzgar projeler çn yüksek çözünürlüklü hartalar genellkle sadece saha sınır koordnatlarını çerecek şeklde hazırlanır. Rüzgar enerj analzlernde mnmum 20 km x 20 km boyutlarına sahp br eşyükselt hartası htyacından dolayı, 1:1000 ölçekl harta, 1:25000 ölçekl ücretsz SRTM (Shuttle Radar Topography Msson) hartası le brleştrlmştr. Brleştrlen harta aşağıdak gbdr: Şekl 1. Eşyükselt hartası

3 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 65 Şekl 1 de görüldüğü üzere koyu renkle belrtlen 1:1000 ölçekl eşyükselt hartası saha sınır koordnatları çersnde kalmaktadır. Çalışmada 30 km x 30 km ölçekl eşyükselt hartası kullanılmıştır. Arazdek cdd yükselt ve eğm değşmlernden dolayı rüzgar sahası kompleks olarak tanımlanablr Pürüzlülük Hartası Daha doğru br model oluşturablmek çn pürüzlülük hartası, ölçüm dreğ ve türbn noktalarını kapsayacak şeklde 10 km x 10 km boyutlarında olması önerlmektedr [3]. Bu çalışmada yaklaşık 50 km x 50 km pürüzlülük hartası kullanılmıştır. Pürüzlülük hartası oluşturulurken Corne Land Cover (CLC) ver set baz alınmıştır. Corne ver set btk örtüsü yükseklğ ve sıklığına göre arazlern pürüzlülük açıklamalarını ve pürüzlülük katsayılarını çermektedr [4]. Şekl 2. Pürüzlülük Hartası Pürüzlülük hartası, sahanın uydu görüntüsü referans alınacak şeklde sahanın btk örtüsü, orman sıklığı, denz, şehrler vb. yapılar göz önünde bulundurularak oluşturulmuştur Rüzgar Karakterstkler Çalışmada k adet 80 m yükseklğe sahp ölçüm dreklernden faydalanılmıştır. Ölçüm dreklernn özellkler aşağıdak tabloda belrtlmştr: Tablo 1. Ölçüm Dreğ Blgler Ölçüm Dreğ Adı Boylam [m] Enlem [m] Ölçüm Yükseklkler [m] Ölçüm Peryodu Mast S , 60, 48, Mast S , 60, 48,

4 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 66 Ölçüm dreğ koordnatları UTM (Unversal Transverse Mercator) ED50 formatındadır. Aşağıdak şeklde de ölçüm dreklernn konumları saha çersnde gösterlmştr: Şekl 3. Ölçüm dreklernn gösterm Şeklde belrtldğ gb k ölçüm dreğndek mesafe yaklaşık 8 km dr. Mast S1 ölçüm dreğndek verlern şlenmes sonucunda elde edlen webull dağılımları ve rüzgar yönlern belrten rüzgar gülü (wnd rose) tabloları 80 metredek anemometre çn aşağıda belrtlmştr: Şekl 4. Mast S1 rüzgar gülü ve webull dağılımı

5 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 67 Tablo 2. Mast S1 rüzgar dağılım tablosu Sektör [ ] Frekans [%] Webull-A [m/s] Webull-k [-] Ortalama rüzgar hızı [m/s] Tümü Ölçüm drekler rüzgar sahasının en batısı ve doğusuna konuşlandırılmış olup, Mast S1 ölçüm dreğ denz sevyesnden 710 metre, Mast S2 ölçüm dreğ 540 metre yükseklktedr. Yne aynı şeklde Mast S2 ölçüm dreğndek verlern şlenmes sonucunda elde edlen webull dağılımları ve rüzgar yönlern belrten rüzgar gülü (wnd rose) tabloları 80 metredek anemometre çn aşağıda belrtlmştr: Şekl 5. Mast S2 rüzgar gülü ve webull dağılımı

6 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 68 Tablo 3. Mast S2 rüzgar dağılım tablosu Sektör [ ] Frekans [%] Webull-A [m/s] Webull-k [-] Ortalama rüzgar hızı [m/s] Tümü Lneer Model (WAsP) WAsP (The Wnd Atlas Analyss and the Applcaton Program), rüzgar atlası statstklern elde etmek çn Danmarka Teknk Ünverstes nn Rso Laboratuvarında gelştrlmş br yazılımdır. Yazılım, farklı araz koşullarında oluşan rüzgar akış koşullarını brkaç farklı şeklde modeller. Konsept olarak, WAsP programı beş farklı hesaplama adımından oluşur. Bu adımlar bölümün devamında detaylıca anlatılmıştır [5]. Ham ver analz: Bölgenn saha koşullarını anlayablmek çn o bölgey temsl eden br rüzgar versnn olması gerekmektedr. Bu ver, bölgeden de toplanablr ya da yerel br meteoroloj stasyonundan ölçümler steneblr. Eldek rüzgar versnn zaman sers analz yapılarak o bölgenn klm hakkında spesfk blg elde edleblmektedr. Rüzgar atlası versnn oluşturulması: Ver analz edldkten sonra, program very bölgesel rüzgar atlası ver setne çevreblmektedr. Yapılan gözlemler veya ölçümler özel araz koşullarından (engel, pürüzlülük) arındırılır. Arındırılan rüzgar atlası verler bölgeden bağımsız olur ve rüzgar dağılımı standart br duruma ndrgenr. Oluşturulan verlern jeostrofk rüzgar le benzerlğ yüzünden, bu verlere jeostrofk deneblr. Rüzgar klmnn belrlenmes: Hesaplanan ver set kullanılarak (verler WAsP le hesaplanablr veya Avrupa Rüzgar Atlası ndan temn edleblr) herhang br pozsyondak ya da yükseklktek br bölge çn rüzgar klm tahmn edleblr [6]. Bu hesaplamada rüzgar atlası versnn oluşturulmasının ters kullanılmıştır. Düşünülen araznn özellkler (pürüzlülük, eşyükselt, engel) tanıtıldıktan sonra, WAsP modeller gerçek ve beklenen rüzgar atlasını bu bölge çn tahmn edeblr.

7 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 69 Şekl 6. Rüzgar atlas yöntem Modelde belrl br noktadak rüzgar koşulları hesaplanırken pürüzlülük ve eşyükseltnn etkler uzaklığa bağlı olarak hesaplamaya katılır. Beklenldğ gb yükseklk farkları ve pürüzlülüğün gerçek koşullara etkler lg noktasına uzaklık arttıkça azalmaktadır. İlg noktasını modeln merkeznde alındığında, önerlen mnmum uzunluk 5 km, pürüzlülük alanı se 10 km dr. Ancak genelde sonuçlardak belrszlkler azaltmak çn 10 km uzunluk ve 20 km pürüzlülük terch edlmektedr. Rüzgar enerjs potansyelnn belrlenmes: Değerlendrmenn daha ler adımlarında, hesaplanmış rüzgar koşulları bölgenn rüzgar enerjs potansyel tahmn çn kullanılablr. Potansyel hesaplamak çn, br rüzgar türbn tp belrlenmeldr. Bütün rüzgar türbnlernn her rüzgar hızında kend güç üretm olduğu çn seçlen rüzgar türbn güç eğrsne htyaç vardır. Bu k blgy kullanarak rüzgar enerjs potansyel hesaplanmaktadır. Rüzgar sahası üretm hesaplanması: Rüzgar, türbn kanatlarının süpürme alanından geçerken, akımdan etklenr ve hızında değşmler olur. Akımın hızındak açık modele k parametre olarak geçrlr. Bu parametreler, Ct eğrs ve rüzgar z sabtdr (wake decay constant). Ct, türbnn bell br rüzgar hızındak katsayısıdır ve her çalışma rüzgar hızı çn Ct eğrsne htyaç vardır. Rüzgar z sabt se bastçe z etksnn genleşme hızıdır [7].

8 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 70 Şekl 7. Süpürme alanından geçerken meydana gelen akış değşm Rüzgar türbn çn verlen thrust katsayısı eğrs, rüzgar z sabt ve rüzgar sahası yerleşm le WAsP, etk sonucu oluşan kayıpları her br rüzgar türbn çn yerleşmde göstermektedr. Türbn z kayıplarının hesaplanması bu kayıpları brüt enerj üretmnden çıkarılarak net enerj üretmnn bulunmasını sağlar. Bu çalışmada rüzgar türbn z etkler dkkate alınmamıştır ve brüt enerj üretmler karşılaştırılmıştır Lneer Olmayan Model (CFD) Son yıllarda lneer rüzgar sahası modelleme metotlarına WAsP gb- ek olarak lneer olmayan Naver Stokes Denklemler tcar yazılımların yardımı le daha çok kullanılmaya başlanmıştır. WndSm ve Ansys (CFD yazılımı çn br kullanıcı ara yüzüdür) çok kullanılan tcar yazılımlardan brkaçıdır. Aynı zamanda bu karşılaştırma çalışması çn de kullanılmaktadır. WndSm, çndek PHOENICS çözücüsü le Reynolds Averaged Naver Stokes (RANS) denklemlern kullanarak akış alanını modeller. RANS teknğnn yaklaşımının dğer CFD yaklaşımlarından (Drect Numercal Smulaton (DNS), Large Eddy Smulaton (LES) and Detached Eddy Smulaton) farkı zamana göre ortalama le sonuca ulaşmasıdır. Bu model, seçlen br rüzgar yönüne göre atmosferk akışı durağan duruma göre çözer. RANS denklemnn zamana göre türevnn sıfır olduğu yer durağan durum olarak adlandırılır. Farklı rüzgar yönlerne göre yapılan smülasyonların sonucunda yıllık ortalama rüzgar hızı bulunablr. Modeller belrlenen sınırlar ve belrlenen başlangıç durumu le çalıştırılır. RANS denklem, Naver Stokes denklemn kullanarak zamana göre ortalama şlem yaptığı çn akışın çndek Eddy ler hesaplaması mümkün değldr. Bu şlem, DNS ve LES le karşılaştırıldığında metodun doğruluğunu azaltsa da karışık sayısal hesaplamaları azaltarak günlük kullanıma daha uygun duruma getrmektedr. DNS, LES ve RANS şlemlern aşağıdak şeklde görülmektedr [8]:

9 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 71 Şekl 8. DNS, LES ve RANS çn akış şeması Ortalama kullanılarak kütlenn korunumu ve momentum denklemler aşağıda yer almaktadırlar: Kütlenn korunumu: ρ u + = 0 t x (1) Sıkıştırılamayan br akışkan çn (yoğunluğun sabt olduğu yer): u x = 0 (2) Momentumun korunması: Du ( ρ+ t ) t j tk ρ = + + Dt x x x j k (3) Üç lneer uzanan deformasyon bleşen: e u x = (4) Altı lneer deformasyon bleşen: e j 1 u u j ( = ej = + ) 2 x x j (5) Hacmsel deformasyon: u j x (6)

10 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 72 Deformasyon oranları br Newton akışkanı çndek vskoz stresleryle orantılıdır. Bu yüzden, vskoz stres elemanları şöyle yazılablr: u u τ 2µ = + λ x x u u j τj = τ j = µ ( + λ ) x x j (7) (8) (7), (8) ve (3) tek denklemler kullanılarak Naver-Stokes denklem elde edleblr. Denklemn tam hal aşağıdak gbdr: U u P ρ + ρ u j = + (2 µ ej ρuu j ) t x x x j j (9) Denklemde gösterlen değşkenler; U, U j ortalama hız (m/s) x, x j, x k pozsyon vektörü t zaman (s) P ortalama statk basınç (N/m 2 ) ρ yoğunluk (kg/m 3 ) µ lk (dnamk) vskozte (kg/s*m) λ knc vskozte (kg/s*m) τ gerlme bleşen (Pa) u, u j dalgalanan hız (m/s) olarak fade edlmektedr. Bu çalışmada brkaç klometre çapta ve atmosferk sınır tabaka çnde nötr kararlılık durumunda olan br alanda yürütülmektedr. Bu yüzden, böyle akımlarda sıkıştırılma ve termal etkler dkkate alınmaz ve enerj denklemnn sonucuna gerek duyulmaz. RANS denklemnde görülen akışın türbülans dalgalanmaları kapatma problemlerne neden olablmektedr. Sstem kapatablmek çn brkaç tane türbülans model kullanılablr. Sstem kapatmak çn kullanılablecek türbülans modeller, k- ε ve k- ω dür. Değştrlmş k- ε model YAP düzeltmesyle k- ε RNG k- ε model Kullanılmış türbülans modelnn rüzgar hızı sonuçlarında öneml br etks olmasına rağmen - özellkle akış ayrılığı davranışlarının görüldüğü karmaşık bölgelerde türbülans değerlernn karşılaştırılması ve türbülans modeller bu çalışmaya dahl değldr. Başka türbülans modeller kullanımı ve sonuçların karşılaştırmasının duyarlılık analz, lerde daha detaylı sonuç çn kullanılablr.

11 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr KARŞILAŞTIRMALI MODEL ÇIKTILARI Bu bölümde her br ölçüm dreğ çn rüzgar hızı, rüzgar profl (wnd shear) ve türbülans yoğunluğunu çeren model sonuçları oluşturulmuş ve gerçekte ölçülmüş verlerle kıyaslanmıştır. Ayrıca Mast S1 ölçüm verler kullanılarak Mast S2 ölçüm dreğ noktasındak rüzgar hızı farklı modellerle tahmnlenmştr. Aynı şeklde Mast S2 ölçüm verler le Mast S1 ölçüm dreğ noktasındak rüzgar hızı tahmnlenmştr. Son olarak, her br model çn yıllık enerj üretm tahmn hesaplanmıştır Mast S1 Ölçüm Dreğ Model Çıktıları Aşağıda Mast S1 ölçüm dreğndek rüzgar hızlarına at 12 rüzgar sektörüne göre model sonuçları ve hata oranları belrtlmştr: Tablo 4. Mast S1 rüzgar hız dağılımı sonuçları Ortalama rüzgar hızı-mast S1 Webull k-mast S1 Frekans-Mast S1 Rüzgar hız oranı - S1/S2 Rüzgar hız hata oranı Tümü Bağıl hata Mutlak hata WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP -1.1% 42.0% 13.9% -10.9% -2.2% 5.3% -6.6% -7.4% 26.5% -3.7% 0.5% -1.7% 0.5% 8.1% 0.37 WndSm -0.1% -3.0% 0.6% 1.9% 3.2% 4.8% -4.4% 0.8% -1.9% 0.8% 1.3% -3.1% -0.4% 2.7% 0.17 CFX 4.6% 21.2% 9.7% -15.1% -3.5% 5.2% -7.2% -11.9% 15.2% -2.0% 0.5% 1.0% 2.6% 7.3% 0.41 Şekl 9. Mast S1 rüzgar hız dağılım grafkler

12 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 74 Aşağıda Mast S1 ölçüm dreğ çn farklı modellerde türbülans yoğunluk değerler belrtlmştr: Tablo 5. Mast S1 türbülans yoğunluk değerler Tümü Bağıl hata Mutlak hata Weng 7.7% 9.0% 9.4% 8.5% 8.1% 6.4% 7.1% 8.2% 10.3% 10.5% 8.3% 7.1% 0.08 S1-80 WndSm 8.7% 8.4% 10.1% 8.0% 8.0% 9.2% 7.7% 7.5% 8.8% 6.8% 8.5% 5.7% 0.08 CFX 11.2% 12.7% 11.7% 12.5% 12.8% 11.3% 11.3% 11.8% 14.3% 13.6% 12.1% 13.6% 0.12 Ölçüm 10.1% 21.4% 20.1% 10.1% 8.7% 10.9% 10.4% 11.8% 11.3% 7.4% 7.7% 8.2% 0.10 Weng WndSm Oran S1-80/S2-80 CFX Ölçüm Frekans Weng 0% -112% -153% -51% -7% -17% 42% 17% 3% 31% 53% 22% 10% 42% 5.8% Hata oranı WndSm -22% -123% -103% -2% -6% 20% 66% -14% 2% 13% 33% -36% 1% 38% 5.3% CFX -16% -108% -150% -33% 5% -7% 38% 25% 33% 56% 62% 40% 19% 46% 5.9% Şekl 10. Mast S1 türbülans yoğunluk grafkler Aşağıdak tablo ve şekllerde de değerler gösterlmştr: Mast S1 ölçüm dreğne at rüzgar profl (wnd shear) Tablo 6. Mast S1 rüzgar profl değerler Tümü Hata Weng WndSm Değerler CFX Ölçüm Frekans Weng Hata WndSm CFX Şekl 11. Mast S1 rüzgar profl (wnd shear) grafkler

13 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr Mast S2 Ölçüm Dreğ Model Çıktıları Aşağıda Mast S2 ölçüm dreğndek rüzgar hızlarına at 12 rüzgar sektörüne göre model sonuçları ve hata oranları belrtlmştr: Tablo 7. Mast S2 rüzgar hız dağılımı sonuçları Ortalama rüzgar hızı-mast S2 Webull k-mast S2 Frekans-Mast S2 Rüzgar hız oranı - S2/S1 Rüzgar hız hata oranı Tümü Bağıl hata Mutlak hata WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP 1.1% % -45.4% 12.5% 4.1% -11.0% 5.6% 4.7% -24.1% 2.2% -0.3% 1.2% -0.5% 32.8% 2.21 WndSm 0.1% 16.5% -2.6% -1.9% -5.4% -10.0% 3.6% -0.5% 2.3% -0.5% -0.8% 2.2% 0.4% 6.9% 0.50 CFX -4.2% -73.3% -33.9% 18.2% 6.5% -10.9% 6.1% 7.8% -15.2% 1.1% -0.3% -0.7% -2.6% 22.5% 1.52 Şekl 12. Mast S2 rüzgar hız dağılım grafkler Aşağıda Mast S2 ölçüm dreğ çn farklı modellerde türbülans yoğunluk değerler belrtlmştr:

14 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 76 Tablo 8. Mast S2 türbülans yoğunluk değerler Tümü Bağıl hata Mutlak hata Weng 7.1% 9.6% 12.0% 11.8% 8.5% 6.4% 6.4% 8.5% 12.0% 10.7% 7.2% 6.0% 0.08 S2-80 WndSm 10.0% 10.1% 7.9% 6.6% 8.3% 6.7% 5.7% 11.5% 10.4% 8.5% 8.9% 9.4% 0.09 CFX 12.1% 13.0% 14.5% 13.9% 11.9% 10.3% 10.5% 11.3% 12.4% 11.0% 9.7% 10.0% 0.11 Ölçüm 9.3% 10.4% 8.7% 8.2% 8.5% 9.3% 15.0% 14.9% 13.7% 11.0% 12.3% 8.5% 0.10 Weng WndSm Oran S2-80/S1-80 CFX Ölçüm Frekans Weng 0% 58% 84% 58% 7% 15% -54% -23% -5% -47% -73% -19% -6% 38% 4.4% Hata oranı WndSm 23% 72% 35% 1% 6% -12% -70% 27% -3% -24% -55% 61% 8% 42% 4.6% CFX 16% 54% 81% 30% -5% 6% -51% -31% -35% -68% -80% -30% -11% 42% 4.8% Şekl 13. Mast S2 türbülans yoğunluk grafkler Aşağıdak tablo ve şekllerde de değerler gösterlmştr: Mast S2 ölçüm dreğne at rüzgar profl (wnd shear) Tablo 9. Mast S2 rüzgar profl değerler Tümü Hata Weng WndSm Değerler CFX Ölçüm Frekans Weng Hata WndSm CFX Şekl 14. Mast S2 rüzgar profl (wnd shear) grafkler

15 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr Mast S1 Ölçüm Dreğ Kullanılarak Mast S2 Noktasındak Model Çıktıları Aşağıda Mast S1 ölçüm dreğ kullanılarak Mast S2 noktasındak model çıktıları serglenmş, gerçekte o noktada Mast S2 dreğne at ölçüm verleryle kıyaslanmıştır. Tablo ve grafklerde de elde edlen sonuçlar Mast S1 > S2 olarak belrtlmştr. Tablo 10. Mast S1 > S2 rüzgar hız dağılımı sonuçları Ortalama rüzgar hızı-mast S1>S2 Webull k-mast S1>S2 Frekans-Mast S1>S2 Rüzgar hız oranı - S1>S2/S2 Rüzgar hız hata oranı Tümü Bağıl hata Mutlak hata WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP 4.2% -18.9% -42.1% -21.1% -31.1% -27.6% 8.2% 18.8% 8.8% 20.8% 23.6% 21.0% -1.8% 21.6% 1.44 WndSm 16.6% -62.8% -57.5% -13.4% -30.7% -27.1% 8.3% 16.1% 2.8% 40.2% 41.9% 26.3% 3.2% 32.6% 2.12 CFX 8.6% -32.5% -44.6% -18.7% -25.4% -23.9% 7.2% 18.1% 16.6% 42.3% 43.5% 43.2% 10.0% 30.4% 1.89 Şekl 15. Mast S1 > S2 rüzgar hız dağılım grafkler 3.4. Mast S2 Ölçüm Dreğ Kullanılarak Mast S1 Noktasındak Model Çıktıları Aşağıda Mast S2 ölçüm dreğ kullanılarak Mast S1 noktasındak model çıktıları serglenmş, gerçekte o noktada Mast S1 dreğne at ölçüm verleryle kıyaslanmıştır. Tablo ve grafklerde de elde edlen sonuçlar Mast S2 > S1 olarak belrtlmştr.

16 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 78 Tablo 11. Mast S2 > S1 rüzgar hız dağılımı sonuçları Ortalama rüzgar hızı-mast S2>S1 Webull k-mast S2>S1 Frekans-Mast S2>S1 Rüzgar hız oranı - S2>S1/S1 Rüzgar hız hata oranı Tümü Bağıl hata Mutlak hata WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP WndSm CFX Ölçüm WAsP -4.0% 19.0% 77.2% 26.9% 43.9% 36.9% -7.3% -15.1% -8.0% -18.2% -18.9% -16.9% 1.5% 24.1% 1.32 WndSm -14.8% 178.2% 138.0% 16.9% 47.1% 36.5% -10.6% -16.3% -0.4% -28.9% -28.1% -21.3% -2.4% 38.4% 1.79 CFX -8.0% 48.5% 77.0% 24.2% 35.2% 39.0% -5.8% -15.6% -13.8% -29.8% -30.1% -30.1% -5.8% 28.5% 1.71 Şekl 16. Mast S2 > S1 rüzgar hız dağılım grafkler Yukarıda belrtlen sonuçlarda bağıl ve mutlak olmak üzere k farklı hata hesaplama yöntem kullanılmıştır: e rel 12 p m x x = * f m (10) x = 1 12 p m abs = * = 1 e x x f (11) Bu değşkenler;

17 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 79 e rel bağıl hata; yüzdesel e abs mutlak hata p x nc sektördek tahmn edlen sayısal değer m x nc sektördek ölçülen edlen sayısal değer f nc sektördek frekans değer olarak fade edlmştr Yıllık Enerj Üretm Sonuçları Bu bölümde Mast S1 ve Mast S2 ölçüm dreklerne at verler kullanılarak her br model çn rüzgar kaynak hartaları oluşturulmuştur. Yıllık enerj üretm (annual energy producton (AEP)) hesaplamaları çn Semens SWT rüzgar türbn model seçlmştr. 2.3 MW nomnal gücüne sahp türbn, 108 metre rotor çapına sahptr ve hesaplamalarda 80 metre kule yükseklğ le kullanılmıştır. Ek olarak, hesaplamalarda 1.10 kg/m 3 hava yoğunluğuna at sahaya özel güç eğrler kullanılmıştır. Analzlerde kullanılan 29 adet 80 m yükseklktek SWT türbn modelne at yerleşm aşağıdak gbdr: Şekl 17. Saha yerleşm Aşağıdak tabloda ölçüm drekler ayrı ayrı ve her ksnn kullanıldığı durumlarda, her br model çn hesaplanan enerj üretm sonuçları ve bağıl hata oranları belrtlmştr. Bağıl hata oranları hesaplanırken, aşağıdak formül kullanılmıştır: e rel h t ( AEP AEP ) = (12) t AEP Değşkenler; e rel bağıl hata, yüzdesel h AEP hesaplanan yıllık enerj üretm t AEP tahmnlenen yıllık enerj üretm

18 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 80 Tablo 12. Yıllık enerj üretm sonuçları Ölçüm Dreğ WAsP (GWh/y) Yıllık Enerj Üretm (AEP) WndSm (GWh/y) CFX (GWh/y) Bağıl Hata Oranı (Tahmnlenen: WAsP) WndSm (% ) CFX (% ) Bağıl Hata Oranı (Tahmnlenen: WndSm) WAsP (% ) CFX (% ) Bağıl Hata Oranı (Tahmnlenen: CFX) WAsP (% ) WndSm (% ) Mast S % 19.61% -6.42% 11.93% % % Mast S % -0.81% 0.49% -0.32% 0.81% 0.33% Mast S1 + Mast S % 3.68% 1.26% 4.99% -3.55% -4.75% Şekl 18. Yıllık enerj üretm Şekl 19. WAsP sonuçları örneklenerek hazırlanan bağıl hata oranı Şekl 20. WndSm sonuçları örneklenerek hazırlanan bağıl hata oranı

19 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr SONUÇLAR Şekl 21. CFX sonuçları örneklenerek hazırlanan bağıl hata oranı Bu çalışmada lk olarak her br ölçüm dreğ noktası çn model sonuçları, gerçekte bulunan ölçüm verler le kıyaslanmıştır. Model sonuçlarına göre Mast S1 ölçüm dreğ çn rüzgar hızı hata oranları ncelendğnde, bu oran WAsP çn %8.1, WndSm çn %2.7, CFX çn %7.3 çıkmaktadır. Mast S2 çn hata oranları ncelendğnde, bu oran WAsP çn %32.8, WndSm çn %6.9, CFX çn %22.5 çıkmaktadır. Sonuçlara bakıldığında WndSm model çn gerçek değere en yaklaşılan değer denleblr. Türbülans yoğunluğu değerler karşılaştırıldığında, Mast S1 ölçüm dreğ çn türbülans yoğunluğu hata oranları WAsP çn %42, WndSm çn %38, CFX çn %46 dır. Mast S2 ölçüm dreğ çnse bu oranlar WAsP çn %38, WndSm ve CFX çn %42 dr. Mast S1 ölçüm dreğnde WndSm model, Mast S2 çnse WAsP model en düşük yüzdel değerler olarak göze çarpmaktadır. Her k ölçüm dreğ çn rüzgar profller (wnd shear) ncelendğnde Mast S1 ölçüm dreğnde sonuçlar WAsP çn %12, WndSm çn %10, CFX çn %15; Mast S2 ölçüm dreğ çnse WAsP çn %12, WndSm çn %8, CFX çn %10 dur. Yne rüzgar profl model sonuçlarında WndSm br adım öne çıkmaktadır. Dğer br çalışma se br ölçüm dreğ kullanılarak kullanılan model aracılığı le dğer ölçüm dreğ noktasındak sonuçları kıyaslamaktır. Mast S1 ölçüm dreğ kullanılarak Mast S2 ölçüm dreğ noktasındak rüzgar hızı sonuçları gerçekte ölçülmüş verler le karşılaştırıldığında; WAsP çn %21.6, WndSm çn %32.6, CFX çn %30.4 çıkmaktadır. Aynı şeklde Mast S2 ölçüm dreğ kullanılarak Mast S1 ölçüm dreğ noktasındak rüzgar hızı sonuçları gerçekte ölçülmüş verler le karşılaştırıldığında; WAsP çn %24.1, WndSm çn %38.4, CFX çn %28.5 çıkmaktadır. Sonuçlara göre WAsP model gerçek değerlere en yaklaşan model denleblr. Son olarak, ölçüm verler kullanılarak belrtlen yerleşmde hesaplanan yıllık enerj üretm sonuçları kıyaslandığında, brbrne en yakın sonuçlar WAsP modelnde görülmektedr. Özellkle CFX model sonuçlarına bakıldığında, Mast S1 kullanılarak yapılan hesaplamada GWh/y bulunmuşken, Mast S2 kullanılarak yapıldığında GWh/y bulunmuştur ve dkkate değer br fark meydana gelmştr. Bağıl hata oranları her üç örnekleme çn ncelendğnde, Mast S1 ölçüm dreğ kullanılarak yapılan sonuçlarda %19.61 lere varan hata oranları görülmekle brlkte, Mast S2 kullanılarak yapılanlarda se hata oranları çok daha düşük olup, %0.81 cvarlarındadır. Her k ölçüm dreğ kullanılarak yapılan sonuçlarda se bu oran % %4.99 aralığındadır. Bu sonuçlar gösteryor k, kompleks br sahada ölçüm dreklernn sayısı ve kullanılan modeller, enerj üretmnde büyük farklılıklara sebebyet vereblmektedr.

20 4. İzmr Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmr 82 KAYNAKLAR [1] Göçmen T, Laan P van der, Réthoré P, Daz A, Larsen G, Ott S., Wnd turbne wake models developed at the techncal unversty of Denmark: A revew. Renew Sustan Energy Rev. 2016; 60: [2] Palma J, Castro F, Rbero L, Rodrgues A, Pnto A Lnear and nonlnear models n wnd resource assessment and wnd turbne mcrostng n complex terran. J Wnd Eng Ind Aerodyn; (12): do: /j.jwea [3] WAsP Best Practces and Checklst Department of Wnd Energy, Techncal Unversty of Denmark. [4] J. Slva, C. Rbero, R.Guedes Roughness length classfcaton of corne land cover classes, EWEC, Mlan. [5] WAsP 11 Help Faclty and Onlne Documentaton Department of Wnd Energy, Techncal Unversty of Denmark. [6] T. Troen, E. Peterson European wnd atlas, Rsø Natonal Laboratory, Rosklde, Denmark. [7] T. Burton, D.Sharpe, N. Jenkns, E. Bossany Wnd energy handbook John Wley & Sons. [8] A. Bakker Turbulence modelng notes, ed: