RÜZGAR ENERJİSİ TEKNOLOJİSİ

Transkript

1 RÜZGAR ENERJİSİ TEKNOLOJİSİ

2 RÜZGAR ENERJİSİ DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİ Günümüzde kullanımı ve teknolojisi en hızlı gelişme gösteren yenilenebilir enerji kaynağı rüzgar enerjisidir. Rüzgar türbin teknolojisindeki gelişmeler Elektrik enerjisi üretim maliyetlerinin rekabet edebilecek seviyelere gelmesi Çevresel etkilerin minimum olması rüzgar enerjisi sistemlerinin uygulamalarını yaygınlaştırmıştır.

3 RÜZGAR TÜRBİNİ Rüzgar türbinleri, hareket halindeki havanın kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren makinelerdir.

4 RÜZGAR ENERJİSİ UYGULAMALARI MEKANİK UYGULAMALAR ELEKTRİKSEL UYGULAMALAR

5 MEKANİK UYGULAMALAR Rüzgar enerjisi, ilkçağlardan beri türbinin şaft gücünden yararlanılarak su pompalama, çeşitli ürünleri kesme, biçme, öğütme, sıkıştırma, yağ çıkarma gibi mekanik enerjiye gerek duyulan yerlerde kullanılmaktadır.

6 ELEKTRİKSEL UYGULAMALAR Şebekeden Bağımsız Sistemler Şebeke Bağlantılı Sistemler

7 Şebekeden Bağımsız Sistemler Elektrik sistemlerine bağlı olmayan kırsal kesimlerde kullanılırlar. Kendi başlarına veya bir dizel jenaratör ve PV Güneş Paneli ile birlikte enerji üretirler.

8 Şebeke Bağlantılı Sistemler Büyük güçlü rüzgar sistemleri elektrik şebekesine bağlı bir ve/veya birden fazla türbin içeren rüzgar tarlaları biçimindedir.

9 RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN GÜÇLERİNE GÖRE SINIFLANDIRILMASI 0 W W MICRO SİSTEMLER 100 W 10 kw 10 kw 50 kw 50 kw üstü MİNİ SİSTEMLER KÜÇÜK SİSTEMLER BÜYÜK SİSTEMLER

10 RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN DÖNÜŞ EKSENLERİNE GÖRE SINIFLANDIRILMASI YATAY EKSENLİ DÜŞEY EKSENLİ

11 YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ ELEMANLARI

12 Yatay eksenli türbinler; rüzgarın kuleyi yalamadan rotora çarpması durumunda rüzgarı önden alan (up-wind), önce kuleye dokunup sonra rotora gelmesi koşulunda rüzgarı arkadan alan (down-wind) türbin adını alırlar. Elektrik üretim amaçlı modern türbinler çoğunlukla yatay eksenli ve up-wind türü rüzgar türbinleri olup kanatlı olarak üretilmektedir. Mekanik amaçlı rüzgar türbinleri ise çok kanatlı olarak imal edilirler.

13

14 DÜŞEY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ ELEMANLARI

15 YATAY EKSENLİ RÜZGAR TÜRBİNİ ELEMANLARI RÜZGAR TÜRBİNİ KESİTİ

16

17

18

19 1. Wind Measurement Equipment 2. Main Frame 3. Generator 4. Control Panel 5. Nose Cone 6. Gearbox 7. Oil Cooler 8. Yaw Drive 9. Rotor Shaft 10. Pitch Drive 11. Rotor Hub 12. Heat Exchanger 13. Blade 14. Nacelle

20 Components Rotor Gearbox Tower Foundation Controls Generator Types Horizontal axis Most common Controls or design turn rotor

21 ROTOR KANADI G80: 39 m. G83: 40,5 m. G87: 42,3 m. G90: 43,8 m Kg Kg Kg Kg Carbon fiber is used for obtaining more stiffness with lighter weights

22

23

24 KULE KULE KESİTİ

25

26

27 DİŞLİ KUTUSU

28 DÜŞÜK HIZLI SENKRON JENERATÖR Low speed permanent magnet generator enables very high efficiency of the wind turbine, even with low wind speeds

29 Kontrol Ünitesi Yaw Sistemi Yaw Motoru ve Dişlisi

30 Rüzgar türbinleri, kafes veya konik bir kule direk üzerine monte edilirler. Yer seviyesinden yükseklikleri (hub yüksekliği) türbin gücüne bağlı olarak değişmekle birlikte günümüzde metre arasındadır.

31 Empire Eiffel Umass 1.5 MW Medium Farm State Tower Library Turbine Turbine Turbine m 301 m 90 m 109 m 65 m 43 m 28 stories examples

32

33 45 DESIBEL 350 metre

34 U U H 1 : U = H H 1 2 α H H U = U ln 2 /ln Z Z 0 0 Hızının Ölçüldüğü Yükseklik H 2 : Rüzgar Hızının Hesaplanacağı Yükseklik U 1 : H 1 Yüksekliğinde Ölçülen Rüzgar Hızı U 2 : H 2 Yüksekliğindeki Rüzgar Hızı α: Hellman sabiti ( ) Z 0 : Pürüzlülük Uzunluğu Küçük ot veya bozkır için Ormanlık alanlar için α=0.14 α=0.25

35 RÜZGARIN GÜCÜ NASIL HESAPLANIR P hava = 0.5 ρ v 3 A P hava Güç [Watt] ρ Hava Yoğunluğu [kg/m 3 ] v Rüzgar Hızı [m/s] A Kanat Süpürme Alanı [m 2 ]

36

37 P hava = 0.5 ρ v 3 A P çıkış = 0.5 C p ρ v 3 A [W] [W] C p : Rüzgar türbini güç faktörü (max. %59.3) (Betz Limiti) Mekanik ve elektriksel kayıplar da dikkate alındığında rüzgarın kinetik enerjisinden elde edilebilecek faydalı güç çıkışı ise; P fayda = 0.5 C p ρ v 3 A η d η g η t [W]

38 GÜÇ KONTROL MEKANİZMALARI PITCH (Kanat Eğimi Denetimli) STALL (Durdurma Denetimli)

39

40 Rüzgar santralında her bir rüzgar türbini rüzgarı ve enerjinin bir kısmını aldıktan sonra arkasındaki rüzgar türbinine hızı azalmış rüzgar ve dolayısıyla daha az enerji gönderir (WAKE EFFECT-Kuyruk Yeli Etkisi). Bu olumsuzluğu önlemek için hakim rüzgar yönü dikkate alınarak santral tasarımı yapılır. Hakim rüzgar yönü güney olan bir santral sahası için rüzgar türbinlerinin dizilişleri D: Rüzgar Türbini Kanat Çapı

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69 Rüzgar Santrallarının Şebeke Bağlantısında Göz önüne Alınması Gereken Temel Hususlar Zerrin Taç ALTUNTAŞOĞLU-Elektrik Mühendisi

70 RES Sisteme Bağlantısında Gözönüne Alınması Gereken Hususlar-1 Göz önüne alınması gereken hususlar: Aktif, Reaktif Güç ve Güç faktörü Güç Değişimleri (10 dakika aralıkta) Anahtarlamalar esnasındaki geçici durumlar Kırpışma* Harmonikler * Kısa Devre Gücü

71 RES Sisteme Bağlantısında Gözönüne Alınması Gereken Hususlar-2 Kısa devre gücü ile ilgili parametreler: Şebekeye bağlantı noktasındaki kısa devre gücü (S k ) Rölatif akım tepe faktörü k (maksimum effektif akım/ nominal akım) - Anahtarlama işlemlerinde RDS (WEC) in nominal görünür gücü RDS (WEC) in nominal aktif gücü RDS (WEC) in 10 dakikalık ortalama gücünün en büyük değeri Kabul edilebilir maksimum gerilim sapması (Almanya %2, Türkiye %5)

72 RES Sisteme Bağlantısında Gözönüne Alınması Gereken Hususlar-3 Anahtarlama işlemlerinde göz önüne alınması gereken hususlar : Cut-in hızında devreye girme Nominal hızda devreye girme Generatörler arasındaki anahtarlamalar Kapasitif kompanzasyon unitelerindeki anahtarlamalar Nominal güçte acil devreden çıkmalar Sonuçlar : (1) Rölatif akım tepe faktörü k = I max / I nominal (anahtarlama esnasında)

73 RES Sisteme Bağlantısında Gözönüne Alınması Gereken Hususlar-4 İlgili Eşitlikler- Kısa Devre Gücü Sk Tek RDS (WEC) için (2) S k >=(S ng k)/ δu Rüzgar santralı (3) S k >= (S ng k n)/ δu (teorik) (4) S k >= (S ng k)/ δu (pratik) Eşitliklerde (5) S ng = S P(10 dak) n= WEC sayısı S= WEC in nominal görünür gücü P(10dak)= P max /P min = 10 dak. Maksimum ortalama rüzgar gücü/ Nominal güç S k = Şebekeye bağlantı noktasındaki kısa devre gücü k = I max / I nominal