EV TĐPĐ KULANIM AMAÇLI MĐKRO RÜZGAR TÜRBĐN TASARIMI MICRO WIND TURBINE DESIGN FOR HOME TYPE USAGE

Transkript

1 EV TĐPĐ KULANIM AMAÇLI MĐKRO RÜZGAR TÜRBĐN TASARIMI MICRO WIND TURBINE DESIGN FOR HOME TYPE USAGE Serkan ĐŞCAN, Sinop Üniversitesi, SĐNOP Alpay SAVAŞ, Sinop Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Elektrik Bölümü, SĐNOP Raci LAFCI, Sinop Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Elektrik Bölümü, SĐNOP Salih KAZANCI, Sinop Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Elektrik Bölümü, SĐNOP Burak BAYRAK, Sinop Üniversitesi Meslek Yüksekokulu Elektrik Bölümü, SĐNOP ABSTRACT In this study, the process of designing and intended electricity producing home type wind turbine is accomplished. One of renewable energy using machine is special and not similar to the the other ones or copied by any other wind turbines. It is listed and processed parts and found materials in the phase of making electricity producing wind turbine. This project accomplished right after assembled all parts with considering balance of weight, working easy and good. ÖZET Bu çalışmada yenilenebilir enerji kaynağı olan rüzgar enerjisini kullanan ev tipi bir rüzgar türbinini tasarlanmıştır. Elektrik enerjisi elde etmesi amaçlanan bu türbin herhangi bir kopyası ya da benzeri olmamasına özen gösterilerek tasarlanmıştır. Tasarımın gerçekleştirilmesinde gerekli malzemeler belirlenerek çizim projesi hazırlanmıştır. Metal malzemeler çizim projesi kılavuzunda CNC ve tornada işlem görerek montaja hazır hale getirilmiştir. Đşlenmiş parçaların montajında ağırlık hesaplarına ve kolay çalışabilir olmasına özen gösterilmiştir. Elektrik enerjisini üretecek olan generator için kalıcı mıknatıslı servo makina tercih edilmiştir. 1

2 1. GĐRĐŞ Türkiye elektrik enerjisi ihtiyacının %60 65 ini dış kaynaklı enerji kaynaklarından karşılamaktadır. Her yıl dışarıya ödenen 40 milyar dolarlık bütçenin % 10 'luk bir tasarrufundan elde edilen kaynak ülkemizin enerjiye olan yıllık yatırım miktarına neredeyse eşittir. Gerek sanayileşme gerekse bireylerin daha iyi yaşam istekleri enerji tüketimini önemli ölçüde artırmaktadır. Enerji tüketimine cevap verebilmek için üretiminde ağılıklı olarak fosil kaynakların kullanılması dünya yenilenemez kaynaklarının hızla tükenmesine, çevre kirliliğine ve dolayısıyla ekosistemde bozulmalara yol açmaktadır. Bundan dolayı yenilebilir enerjiye hızlı geçiş yapılması gerekmektedir. Enerji üretiminde kullanılan kaynakların kilowatsaat başına birim maliyetleri Çizelge.1 de gösterilmektedir. Enerji Kaynağı Dengelenmiş Birim Enerji Maliyet Aralığı ($ cent/kwh) Kömür 4,8-5,5 Doğal Gaz 3,9-4,4 Hidroelektrik 5,1-11,3 Biyokütle 5,8-11,6 Nükleer 11,1-14,5 Rüzgar (*) 4,0-6,0 Çizelge.1 Rüzgar enerjisinin diğer enerji kaynaklari ile karşilaştirilmali maliyeti Çizelge.1 de en uygun üretim maliyeti olan yenilenebilir enerji kaynaklarının başında rüzgar enerjisi gelmektedir. 2

3 Çizelge.2 Rüzgar enerjisinin diğer enerji kaynaklari ile karşilaştirilmali CO 2 emisyonu. Çizelge.2 ye bakıldığında yine karbondioksit salınımı yapan kaynaklar arasında rüzgar enerjisinin üstün olduğu görülmektedir. Rüzgar enerjisi bitmek tükenmek bilmez bir kaynak olarak etkin kullanım beklemektedir. Ayrıca eski çağlarda su değirmenlerinde dahi kullanılırken günümüzde rüzgar ortalaması iyi olan bölgelerde çok fazla görülememektedir. Bu nedenle rüzgar potansiyeli iyi olan bölgelerde küçük ölçekli işletme ve evlerde de kullanımı kolaylaştıracak projelere ihtiyaç bulunmaktadır. Elektrik enerjisi evlerde üretilip tüketilirse iletim hattındaki enerji kayıpları olmayacak ve doğal afetler sonucu enerjisiz kalma durumları en aza indirilecektir. Bu bağlamda bu proje ev tipi kullanım amaçlı olarak tasarlanmıştır. 2. RÜZGARDAN ELDE EDĐLECEK GÜÇ HESABI Rüzgar güneş kaynaklı bir enerji kaynağı olup, rüzgar türbini sistemlerinin ana bileşenleri kanatlar (rotor), dişli kutusu, şaft (mil), generatör, transformatör ve güç elektroniği devreleridir. Rüzgardan elde edilebilecek mekanik enerji incelendiğinde rüzgar ile bağıntılı olan kanat çapı (R) ile orantılı rotor süpürme alanı (A), havanın yoğunluğu (ρ), tepe hız oranı (λ) ve kanat açısı(ß) ile orantılı performans katsayısı (Cp (λ,ß)), ve rüzgarın hızının etkili olduğu bilinmektedir. Rüzgar türbinleri, rüzgar hızı 5-25 m/s çalışma aralığında çalışabilmektedir. Bir rüzgar türbininde üretilebilecek gücün maksimum olabilmesi için gerekli rüzgar hızı günümüzde kullanılan türbinlerde 14 m/s civarındadır m/s aralığında anma gücünde çalışmakla birlikte güvenlik nedeniyle 25 m/s hızın üzerinde türbinler kendini korumaya alacak şekilde tasarlanmaktadır. Rüzgardan elde edilen gücün matematiksel formülü: P =. ρ. Cp (λ,ß). A. V 3 A = π. r 2 3. KULLANILAN MATERYALLER Tasarlanacak olan bu sistemde generator işlevi yapacak DC generator, kasnak, generator ile kasnağın doğrusal ve düzgün çalışmasını sağlayacak kayış, bu sistemin üzerinde dönecek mil ve bağlantı somunları ölçülere göre belirlenmiştir. 3

4 Şekil.1 Rüzgar türbininde kullanilan dc generator ve kayiş Şekil.1 de elektrik enerjisini üretecek olan generator ve bu generatorü kuledeki yatağa sabitleyen gergi aparatları gösterilmektedir. Milin kasnağa monte edilebilmesi için torna tezgahında diş açılmıştır. Gerektiğinde türbini durdurmak için tasarlanan fren diskini mile monte etmek için yüzük yapılarak kaynak ettirilmiştir. Kanatların bağlanacağı diskin içinde çalışacağı yüzük yaptırıldıktan sonra diş açtırılıp, kaynak ettirilerek monte edilmiştir. Şekil.2 Rüzgar türbinin sistemini oluşturan mil kasnak ve kanat ve fren diskleri 4

5 Tasarlanan sistemde Şekil.2 de gösterilen büyük diske uyarlanmış 1.40 m uzunluğunda 3 adet PVC kanat modeli oluşturulmuştur. Kanatlar ortalama 10 m/s rüzgar hızında dakikada 60 devir yapmaktadır. Kanatların devir sayısının doğrudan generatore aktarılması söz konusu olmadığından sisteme kayış ve kasnak sistemi eklenmiştir Generatörün nominal gerilim seviyesinde çalışabilmesi için dakikada 1180 devir yapması gerektiği ve bu devir hızına ulaştığında 36 volt elektrik ürettiği anlaşıldığından, kasnak ile generatör mili arasında 1/20 oranında dönüşüm oranı olan bir dişli bulundu. Kanatlar rüzgar tutacak şekilde ve mil ekseni yatayında ağırlık dengelenecek biçimde tıraşlanarak son rötuşları yapıldı. Tüm sistem kullanılır hale gelmesi için monte edildi. Sistemin kolay çalışması, herhangi bir gerilme ve zorlanma olmamasına bağlı olduğundan rüzgar türbininin montajına özen gösterilerek parçalar birleştirildi. Kullanılmayan bir elektrik direğinin üstüne yerleştirildiğinde ise; 4-5 m/sn rüzgar hızının üstüne çıktığında elektrik üreterek bataryaya gurubuna enerji depolandığı gözlendi. Şekil.3 Rüzgar türbinin sistemini oluşturan sistemin perspektifi. Şekil.3 de tasarımı gerçekleştirilen rüzgar türbinine ait perspektif bir yan görünüş gösterilmektedir. 4. SONUÇ Tasarlanan rüzgar türbininde rüzgar enerjisinin kanatları çevirmesinden yararlanarak, hareket enerjisinin elektrik enerjisine hangi aşamalarla dönüştüğü açık olarak izlenmiştir. Yapılan denemeler sonucunda; 4-5 m/sn rüzgar hızının üstüne çıktığında, kanatlardaki hareket enerjisinin 1/20 dönüşüm oranında generatörde 1180 devir hızına ulaşarak 36 volt elektrik gerilimi ürettiği ve 100 Ω luk bir reosta bağlandığında 2,2 A akım çektiği gözlemlenmiştir. Bu çalışma sonucuna göre, ev tipi kulanım amaçlı mikro rüzgar türbinünden yararlanıp ihtiyacımız olan elektriği üreterek kıt olan enerji kaynaklarını verimli şekilde kullanmamız gerektiğini bir kez daha görülmüştür. Proje ekibimiz ile bize bu konuda yardımcı olanların tüm dileği, ev tipi kulanım amaçlı mikro rüzgar türbininin yaygınlaşarak kullanımının çoğalması ve CO 2 emisyonunun içinde yaşadığımız dünya için en az seviyelere inmesidir. 5

6 KAYNAKÇA [1] Elektrik Đşleri Etüt Genel Müdürlüğü [2] Yenilebilir Enerji Genel Müdürlüğü [3] Institute of Electrical and Electronics Engineers, TEŞEKKÜR Bizlere projemizi uygulamada yardımlarını esirgemeyen Sinop Endüstri Meslek Lisesi Öğretmeni Mustafa YILMAZ, Sinop Üniversitesi Meslek Yüksekokulu yetkililerine teşekkürlerimizi sunarız. 6