1 YE-1040 RÜZGÂR TÜRBİNİ EĞİTİM SETİ DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ. Küçük Sanayi sitesi 12 Ekim Cad. 52.Sok. No:18A BALIKESİR Tel:0266 2461075 Faks:0266 2460948 http://www.deneysan.com mail: deneysan@deneysan.com BALIKESİR-2016
2 İçindekiler RÜZGÂR TÜRBİNİ EĞİTİM SETİ DEVRE ŞEMASI... 3 TEKNİK ÖZELLİKLER... 4 RÜZGAR ENERJİSİ NEDİR?... 5 RÜZGAR TÜRBİNİ... 5 RÜZGAR TÜRBİNLERİ NASIL ÇALIŞIR?... 6 RÜZGAR ENERJİSİNİN AVANTAJLARI:... 8 RÜZGAR ENERJİSİNİN DEZAVANTAJLARI:... 9 DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR... 10 DENEYLER... 15 Deney No: Ye-1040-01... 15 Rüzgâr Türbini Çalışma Prensibi Bağlantı Şeması... 15 Deney No: Ye-1040-02... 22 Rüzgâr Türbini Güç Üretimi-Hava Hızı İlişkisi... 22 Deney No: Ye-1040-03... 24 Türbin Veriminin Hesaplanması... 24 ÖNEMLİ NOTLAR... 27
RÜZGÂR TÜRBİNİ EĞİTİM SETİ DEVRE ŞEMASI 3
4 TEKNİK ÖZELLİKLER S.no MALZEMENİN ADI ÖZELLİĞİ 1 Türbin 400 Watt, Փ60cm süpürme çapı, 3 fazlı 2 Tahrik motoru 220 V, 50 Hz, 2,6 A, 0,55 kw, 0,73 cosփ, 1/min = 1355 3 İnverter Monofaze, çıkış gücü 300 W çıkış gerilimi 220 VAC 4 Akü PYG 12V 14Ah /10 HR 5 DC FAN 12 V, 0.32 A 6 DC Lamba 12 V, 60 W 7 AC FAN 220/240 V, 50/60 Hz, 0.14 A 8 AC Lamba 220/240 V, 75 W
5 Rüzgar Enerjisi Nedir? Havanın bir akışkan olduğunu hayal etmek oldukça zor. Çünkü hava görünmez. Sıvılardan farklı olarak hava daha çabuk hareket eder ve bulunduğu ortamın her yerini kaplar. Havanın hızlı yerdeştirmesi ile içindeki parçacıkların hareketi de hızlı olur. Havanın bu özelliğini kinetik enerjiye dönüştürme işlemine Rüzgar Enerjisi adı verilir. Aynı mantıkla su gibi sıvı maddelerin yer değiştirme özelliğini kullanarak enerji elde etmeye de hidro elektrik adı verilmektedir ve üretilen merkeze Hidro Elektrik Santrali denilir. Rüzgar enerjisinden elektrik üreten merkezlere de Rüzgar Santrali denilmektedir. Rüzgar Santralleri kurulduktan sonra pervaneler rüzgarın (havanın) hareketiyle bağlı oldukları şaftı döndürür. Uygun bir jeneratör ile de bu hareket enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür. Rüzgar enerjisi güneşin doğmasıyla başlar. Gece oluşan soğuk hava tabakasının yere yakın bölümleri, güneşin ışınlarıyla hemen ısınmaya başlar. Fizik derslerinden de hatırlayacağınız üzere ısınan hava genleşir ve yükselir. Bu anda atmosferdeki soğuk hava tabakası yere doğru iner. Sıcak ve soğuk havanın yer değiştirmesiyle de rüzgar oluşur. Rüzgar Türbini En basit anlamda bir rüzgar türbini 3 bölümden oluşur. 1.Pervane Kanatları: Rüzgar estiği zaman pervanenin kanatlarına çarparak onu döndürmeye başlar. Bu sayede rüzgar enerjisi ile kinetik(hareket) enerjisi elde edilmiş olur. Pervaneler rüzgar estiğinde aynı yönde dönecek şekilde tasarlanmışlardır. 2.Şaft: Parvenelerin dönmesiyle ona bağlı olan şaft da dönmeye başlar. Şaftın dönmesiyle de motor içinde hareket oluşur ve motorun çıkışında elektrik enerji sağlanmış olur. 3.Jeneratör(Üreteç): Oldukça basit bir çalışma yöntemi vardır. Elektromanyetik indüksiyon ile elektrik enerjisi üretilmiş olur. Küçük oyuncak arabalardaki elektrik motoruna benzer bir sistemdir. İçinde mıknatıslar bulunur. Bu mıknatısların ortasında da ince tellerle sarılmış bir bölüm bulunur. Pervane şaftı döndürğü zaman motor içindeki bu sarım bölgesi, etrafındaki mıknatısların ortasında dönmeye başlar. Bunun sonucunda da alternatif akım (AC) oluşur.
6 Günümüzde kullanılan rüzgar türbinleri, tarlalarda kullanınal yel değirmenlerinden daha karmaşık bir yapıdadır. Ülkemizde yel değirmenleri pek yaygın kullanılmaz. Şimdi modern rüzgar türbinlerini tanımaya devam edelim. Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır? Modern Rüzgar Türbin Teknolojisi Rüzgar Türbinleri günümüzde iki farklı tasarımla karşımıza çıkıyor. Bunlardan birincisi alttaki fotoğrafta gördüğünüz gibi dikey eksen etrafında dönebilen tasarım. VAWTs yani Vertical Axis Wind Turbine (Düşey Eksenli Rüzgar Türbini) olarak adlandırılır. Düşey ekseni yere dik olacak şekilde tasarlanmıştır. Daima rüzgarın geleceği yöne göre ayarlanır.yatay ekseninin rüzgara göre ayarlanmasına gerek yoktur. Genelde ilk hareket olarak elektrik motoruna ihtiyac duymaktadır. Türbin yardımcı tellerle ekseninden sabitlenmiştir. Deniz seviyesine yakın yerlerde daha az rüzgar aldığından cihazın verimi düşük olmaktadır. Ancak tüm gerekli donanımlar yer seviyesinde olması bir avantaj olsa da, tarım arazileri için olumsuz etkisi fazla olmaktadır.
7 Diğer önemli tasarım ise Düşey Eksenli Rüzgar Türbini (HAWTs) Horizontal Axis Wind Turbine olarak adlandırılır. Dönme ekseni yere paralel olarak tasarlanmıştır. Bir elektrik motoru yardımıyla rüzgar yönüne göre pervanenin yönü ayarlanabiliyor. Yapısal olarak bir elektrik motorundan farklı değildir. Verimli olarak çalışabilmesi için deniz seviyesinden yaklaşık 80 metre yüksekte olması gereklidir. Rotor Blades (Pervane kanatları) : Rüzgar enerjisini dönme hareketine çevirmeye yarar. Shaft (Şaft) : Dönme hareketini üreteçe iletir.
8 Gear Box (Dişli Kutusu): Pervaneyle şaftın aralarındaki hızı arttırıp, üretece daha hızlı bir hareket iletilmesine yardımcı olur. Generator (Üreteç) : Dönme hareketinden elektrik enerjisi üreten bölüm. Breaks (Frenler) : Aşırı yüklenme ve bir sorun olduğunda pervaneyi durdurmaya yarar. Electrical Equipment (Elektrik Donanımı) : Üretilen elektrik enerjisini ilgili merkezlere iletilmesini sağlar. Rüzgar enerjisinin avantajları: 1. Rüzgar enerjisi yeni bir keşif değil. Kinetik enerjiyi ( Rüzgar) kullanarak mekanik enerji üretmek için bilinen en iyi methoddur. Binlerce yıldan buyana Persler ve daha sonra Romalılar su çekmek ve tahıl öğütmek ( un yapımı) için Yel değirmenlerini kullanıyordu. 2. Rüzgar enerjisinin yenilenebilir enerji denemesindeki mana, Gezegenimizde devamlı olarak rüzgar üretildiği ve bu enerjinin sonsuz olduğu, insanların bunu sisteme aktararak kullanmasının önünde bir engel olmadığıdır. 3. Rüzgar enerjisi ucuzdur. Üretici, dağıtım ağı ve kurulum yeri gibi faktörlerde göz önüne alındığında ortalama 4-6 cent/kwh ( USA) aralığında mal edilebiliyor. 4. Kömürle elektrik üretimi yerine Rüzgar Enerjisi kullanımı, çevreye salınan gazların azalmasına ve dolayısıyla daha fazla çevreye katkı demektir. 5. Rüzgar dünyanın her yerinde mevcuttur, belki bazı ülke veya yerler daha fazla rüzgar alır ama genelde her yerde kullanılabilir. Doğal Gaz, petrol, kömür gibi enerji elde etmek için nakli gerekmez, bu nedenle en ücra köşelere bile kurulabilir. 6. Genel olarak rüzgar çiftlikleri kömür santrallerine göre daha az yer kaplarlar. her ne kadar bazı insanlar Rüzgar Türbinlerine karşı olsalar da evlerinin arkasında bir kömür santrali isteyende kesinlikle olmayacaktır. 7. Rüzgar türbinleri her ortama uyabilir ve tarım alanlarını, hayvan alanlarını kullanabilir. Rüzgar türbinlerinin tek başına olmasına gerek yoktur, bulunduğu alanı paylaşabilir. 8. Rüzgar enerjisi, şebekenin olmadığı yerlerde, dağlarda ve üçüncü dünya ülkelerinde kurularak bölgeye elektrik verilmesinde avantaj sağlar. 9. Rüzgar Türbinleri sadece Ticari amaçla kullanılmıyor ve kullanılması da gerekmiyor, aynı zamanda evlerin ihtiyaçları içinde kullanımı hızla artıyor.
9 Rüzgar Türbinlerinin dezavantajları: 1. Rüzgar enerjisi kesintisiz veya dengeli bir enerji kaynağı değildir, bu nedenle şebekeye dengesiz bir güç sağlar. Rüzgarın çok kuvvetli estiği bölgelerde ve zamanlarda örneğin Amerika körfez bölgesi gibi kasırgaların çok olduğu bölgelerde Türbinler zarar görebilir. 2. Bazı insanlara göre manzaralarını bozmaktadır. Görüntüleri iyi değildir. 3. Rüzgar gücü her bölgede ve ülkede aynı değildir. Bu nedenle daha doğru ölçümlerle yapılan rüzgar haritalarına ihtiyaç vardır. 4. Her ne kadar Devlet sübvansiyonları ( teşvikleri), vergi indirimleri ( Bazı ülkelerde) desteklese de ilk yatırım maliyetinin yüksek oluşu ve yatırım geri dönüşü bir sorundur. 5. Genelde yerleşim bölgelerinden uzaklarda oluşu şebekeye bağlantı problemini oluşturur. 6. Rüzgar türbinlerinde üretilen enerjiyi stoklamak için akü, hidrojen veya başka sistemlerin kullanılması için daha çok araştırma ve geliştirmeler yapılması gerekiyor. 7. Bazı çevreciler büyük kapasiteli Rüzgar Türbinlerinin, göçmen kuşların uçuş yollarını değiştireceğini düşünüyorlar. 8. Rüzgar türbini türüne bağlı olarak oluşan gürültü nedeniyle yakınlarında yaşamak veya çalışma zorluğu bir faktör olabilir. 9. Rüzgar enerjisi ile elektrik üretim maliyetleri düşse de halen fosil kaynaklı yakıtlarla üretimin düşük maliyelerine göre bir avantaj elde etmiş değil. 10. Büyük kapasiteli rüzgar santralleri 2-3 km çevresindeki alanda TV sinyallerinin bozulmasına neden olabilir.
10 DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR Bataryadan inverterin + ve uçlarına yapılan bağlantıdan, inverterin L(faz) ve N(Nötr) uçlarına kesinlikle bağlantı yapmayınız. Zira ya batarya sigortası ya da inverter içindeki sigorta patlar ve sisteme zarar verir.
11 İnverterin + ve uçlarını yanlış bağlamamaya dikkat ediniz. Zira batarya sigortasını attırırsınız.
12 Yapılan bağlantılarda AC bağlantılar yapılırsa, DC lamba veya DC fanı çalıştırmaya çalışılırsa gelen voltaj çok yüksek olacağı için lambayı patlatır veya fanın yanmasına sebep olur.
13 Yapılan bağlantılarda DC bağlantılar yapılırsa, AC lamba veya AC fanı çalıştırmaya çalışılırsa gelen voltaj düşük olacağı için lambayı az miktarda kızartabilir veya hiç yakmaz, fanı ise hiç döndürmez.
14 DENEYLER A) DENEY NO: YE-1040-01 B) DENEYİN ADI: Rüzgâr türbini çalışma prensibi bağlantı şeması C) DENEYİN AMACI: Rüzgâr türbinin bağlantısını öğrenmek. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR - kablo bağlantı jakları E) DENEYİN YAPILIŞI: Rüzgar türbininden DC fan bağlantısı
15 Rüzgar türbininden DC lamba bağlantısı
16 Bataryadan AC lamba bağlantısı
17 Bataryadan AC fan bağlantısı
18 A) DENEY NO: YE-1040-02 B) DENEYİN ADI: Rüzgâr türbini güç üretimi-hava hızı ilişkisi C) DENEYİN AMACI: Rüzgâr türbinin belirli bir hava hızında ürettiği akım ve voltaj değerlerini yorumlamak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR - kablo bağlantı jakları E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Rüzgâr türbinini kablo bağlantısını yaparak LCD açın. 2) LCD ekrandan rüzgar türbinini çalıştırıp motor hızı bölümünden % kaçta çalıştırmak isterseniz o değere ayarlayın. 3) Jak kablolar yardımıyla aşağıdaki bağlantı şemasını uygulayın 4) Tablodaki ölçüm değerlerini kaydedin. 5) Farklı hava hızlarında verimi tekrar hesaplayın.
19 F) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, hava hızına göre verim hesabı ve yorumu. Ölçüm sayısı 1(%100) 2(%75) 3 4 Ortalama rüzgâr hızı, (V) m/s 8,23 6,17 Volt, (U) 17,51 12,98 Amper, (I c ) 0,5 0,335 Güç (P) W 8,755 4,34 HESAPLAMA: Güç girişi: P=U*I ( kw) Not: DC yüklerde ölçüm 0.150 Amper altına düştüğünde ölçüm göstergesinde herhangi bir değer okunmayacaktır.
20 % Değeri 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hız (ortalama rüzgar hızı) 0 0,823 1,646 2,469 3,292 4,115 4,938 5,761 6,584 7,407 8,23 Hesaplamalarda kullanılacak olan hız, yukarıda verilen % değeri-hız ilişkisi tablosundan alınabilir. ( Örn. 55 gibi değerleri enterpolasyon ile bulunabilir)
21 A) DENEY NO: YE-1040-03 B) DENEYİN ADI: Türbin veriminin hesaplanması C) DENEYİN AMACI: Türbin veriminin hesaplanma yöntemlerinin kavranması. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR - kablo bağlantı jakları E) DENEYİN YAPILIŞI: 1) Rüzgâr türbinini kablo bağlantısını yaparak LCD ekranı açın. 2) LCD ekrandan rüzgar türbinini çalıştırıp motor hızı bölümünden % kaçta çalıştırmak isterseniz o değere ayarlayın. 3) Jak kablolar yardımıyla aşağıdaki bağlantı şemasını uygulayın 4) Tablodaki ölçüm değerlerini kaydedin. 5) Farklı hava hızlarında verimi tekrar hesaplayın.
22 F) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, hava hızına göre verim hesabı ve yorumu. Ölçüm sayısı 1 2 3 4 Ortalama rüzgâr hızı, (V) m/s 6,17 Volt, (U) 12,98 Amper, (I c ) 0,335 Güç (P) W 4,34
23 ÖRNEK HESAPLAMALAR: P= Güç (W) C pbetz = Verim (Betz verim katsayısı) q = Havanın yoğunluğu, (kg/m 3 ) (1,204 kg/m 3 ) V 3 r = Ortalama rüzgâr hızı (m/s) A= Kesit alanı, (m 2 ) A=.D 2 /4 =. (0,7) 2 /4 = 0,3848 m 2 D= Çap (m), kanat uzunluğu 70cm Cp Betz = P 0,5.A.q.V r 3 = 4,34 0,5.(0,3848).(1,204).(6,17) 3 = 0,08 = %08 % Değeri 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hız (ortalama rüzgar hızı) 0 0,823 1,646 2,469 3,292 4,115 4,938 5,761 6,584 7,407 8,23 Hesaplamalarda kullanılacak olan hız, yukarıda verilen % değeri-hız ilişkisi tablosundan alınabilir. ( Örn. 55 gibi değerleri enterpolasyon ile bulunabilir)
24
25 ÖNEMLİ NOTLAR: 1. Rüzgar türbini eğitim seti panosu üzerinde bağlantılar sadece size yol göstermek amaçlı çizilmiştir. Yapılacak olan bağlantılar siz tarafından yapılmalıdır. 2. Bataryayı (akü) şarj etmek için izlenmesi gereken adımlar: a) Panonun elektriğe bağlı olduğundan emin olun, b) Acil stop butonunun açık olduğundan emin olun, c) Sigorta ve kaçak akım rölesinin açık olduğundan emin olun, d) Ana şalteri kapayın. e) Batarya otomatik olarak kendini şarj etmeye başlayacaktır. Fakat ana şalteri açtığınız anda şarj etmeyi kesecektir.