Rüzgar Enerji Santrali (RES) Kurulumu
Gelişmelerden haberdar olmak için bizi Google Haberler'den takip edin!
Rüzgar enerjisinden ve rüzgar türbinleriyle elektrik üretim yöntemlerinden önceki yazılarda bahsetmiştim. Aslında tüm bu yazılar birbirleriyle bağlantılı o yüzden önce bu yazıları okumanızı tavsiye ederim. Ondan sonra rüzgar enerji santrali tasarımını daha iyi anlayabilirsiniz. Aşağıdaki başlık bağlantılarına tıklayarak bu yazılara ulaşabilirsiniz.
- Rüzgar Nedir ? Nasıl Oluşur ?
- Rüzgar Enerjisi Nedir ?
- Rüzgar Türbini Nedir ?
- Rüzgar Ölçüm Sistemleri Nedir ?
Rüzgar enerji santrali birden çok rüzgar türbinlerinin bir araya gelerek birbirlerinin rüzgar alanlarını bozmayacak şekilde dizilmeleriyle oluşur. Rüzgar enerji santrali tasarlanırken santralin kullanım amacı çok önemlidir. Yerel bir santral ile şebekeye bağlı bir santralin dizayn edilmesinde aynı koşullar göz önüne alınmaz. Üretilen elektriğin kullanım amacı farklı olduğundan dolayı değerlendirilmesi gereken kriterler farklıdır.
Rüzgar Enerji Santrali Arazi Belirleme
Şebekeye bağlı rüzgar enerji santrali için en önemli ölçü üretilecek enerji miktarıdır. Elde edilecek enerjinin rüzgâr hızının küpüyle orantılı olduğu daha önceki yazılarda belirtilmişti. Bu nedenle rüzgar hızlarının yüksek olduğu alanlara kurulan santralde daha fazla enerji üretilecektir. Bu nedenle uygun alanların belirlenmesi gerekir. Bu alanların belirlenmesi amacıyla rüzgâr datası elde etmeye yönelik enerji amaçlı rüzgar ölçümleri yapılmalıdır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar çok olumlu olsa bile seçilen alan çevre, elektrik bağlantıları ve topografı bakımdan rüzgâr enerjisi santrali kurmak için elverişli olmayabilir.
Seçilen sahada rüzgar enerji santrali kurmak fiziksel, çevresel, teknik ve yasal açılardan mümkün olmayabilir. Bu nedenle şu kıstaslar dikkate alınmalıdır:
Sahaya ulaşım kolaylığı
Enerji nakil hatlarının ve trafo merkezlerinin güç kapasitesi
Üretilecek enerjinin nakli için trafo merkezlerine olan uzaklık
Sahanın yol ve diğer çalışmalar için islenme kolaylığı
Arazinin eğimi
Sahanın alansal olarak yeterliliği
Sahada arazi kullanım sekli ve mülkiyeti
Sahanın bitki örtüsü
Sahanın hakim rüzgar yönüne göre durumu
Sahanın yerleşim birimlerine olan uzaklığı
Sahanın imar durumu
Sahanın askeri ve sivil radar ve benzer tesislere olan yakınlığı
Sahanın sit, milli park, orman arazisi veya diğer kapsamda olup olmadığı
Sahanın doğal yasam etkinlikleri ve ekolojik açısından önemi
Sahanın jeolojik yapısı
Yeraltı su kaynaklarının analizi
Yakın civarda yasayanların rüzgar santrallerine bakış açısı
Sahanın buzlanma, yağmur, yıldırım ve atmosferik kararlılık durumları
GSM kapsama alanının tespiti
Yasal yükümlülükler
Yerel elektrik dağıtım şirketi ile yapılacak görüşmelerin sonuçları
Seçilen Şehrin Rüzgar Kapasitesinin İncelenmesi
Rüzgar enerji santrali kurulacak il EİE (Elektrik İşleri Etüdü)’den alınan bilgilere göre Aydın seçilmiştir. Buna göre Aydın için rüzgar kapasitesi aşağıda gösterilmiştir.
Rüzgar Hızı İncelemesi
Aydın şehri için 50 metre yükseklikteki rüzgar hızı dağılımı
Uygun ve ekonomik bir rüzgar enerji santrali yatırımı için 7 m/s veya üstü bir rüzgar hızı gerekmektedir.
Aydın ili için aşağıdaki tabloda ortalama rüzgar güç ve hız değerleri belirtilmiştir.
| 50 m’de Rüzgar Gücü (W/m2) | 50 m’de Rüzgar Hızı (m/s) | Toplam Alan (km2) | Toplam Kurulu Güç (MW) |
| 300-400 | 6,8-7,5 | 458,46 | 2.292,32 |
| 400-500 | 7,5-8,1 | 46,29 | 231,44 |
| 500-600 | 8,1-8,6 | 0 | 0 |
| 600-800 | 8,6-9,5 | 0 | 0 |
| > 800 | > 9,5 | 0 | 0 |
| 504,75 | 2.523,76 |
Kapasite Faktörü İncelemesi
Kapasite faktörü, bir santralin belli bir süre içerisinde ürettiği gücün, maksimum kapasitede üretebileceği güce oranıdır. Yani 8000 kW kurulu güce sahip bir rüzgar enerji santrali düşünün, bu santral 1 ayda 2000 MWh bir güç üretmiş olsun. Eğer bu santral tam kapasiteyle yani 24 saat boyunca elektrik üretebilseydi; 24 saat x 8000 kW x 30 gün =5760 MWh güç üretecekti. Tabi bu değer sadece teoriktir. Aylık kapasite faktörü de 2000/5760 = 0.34 yani %34 olarak elde edilir. Kapasite faktörü ne kadar yüksek olursa santralden elde edilecek gelir de o kadar yüksek olur.
Yukarıdaki fotoğrafta Aydın ilinde 50 metre yükseklikteki kapasite faktörü dağılımını görmektesiniz. Burada kırmızı ve buna yakın renklerin kapasite faktörü daha yüksektir yani buralara kurulabilecek bir rüzgar enerji santrali ile diğer alanlara göre daha fazla güç ve gelir elde edilir.
Aydın Şehri için Hakim Rüzgar Yönü ve Frekansının İncelenmesi
Hakim rüzgar yönü ve rüzgar frekansı terimleri de rüzgar enerji santrali için Aydın ilinde belirleyeceğimiz bölge için çok önemlidir.
Hakim Rüzgar Yönü
EİE’den (Elektrik İşleri Etüdü) alınan bilgilere göre aydın ilinin hakim rüzgar yönü aşağıdaki fotoğraftaki gibidir.
Hakim rüzgar yönü, rüzgarın en çok ve sık estiği yön olarak tanımlanabilir. Meterolojide ve denizcilikte bu terim oldukça sık kullanılır.
Yukarıdaki görsele baktığımız zaman hakim rüzgarın batıdan geldiğini görmekteyiz. Bu yön rüzgarın en çok ve sık geldiği yöndür.
Rüzgar Frekansı
Rüzgar frekansı, rüzgar enerji santrali tasarımında çok önemlidir. Bu terim rüzgarın belli bir süredeki esme sıklığı olarak tanımlanabilir. Farklı rüzgar hız değerlerinde rüzgar frekansları farklı olabilir. Her ne kadar bu iki parametrenin doğru orantılı olduğu düşünülse de yüksek rüzgar hızlarında bu orantı değişebilir.
Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere rüzgar frekansının en fazla olduğu yön batı yönüdür.
| Yön | Frekans |
| /N | 6300 |
| /NNE | 8500 |
| /NE | 4800 |
| /NNW | 9900 |
| /NW | 10100 |
| /WNW | 37300 |
| /W | 33500 |
| /WSW | 20050 |
| /SW | 2800 |
| /SSW | 1300 |
| /S | 400 |
| /SSE | 2500 |
| /SE | 7200 |
| /ESE | 47500 |
| /E | 60000 |
| /ENE | 35200 |
Rüzgar Enerji Santrali için Uygun Bölgenin Seçilmesi
Haritadaki gri ve siyah renkli alanlar o bölgelere rüzgar enerji santrali kurulamayacağını gösterir. Bunun nedenleri de o bölgelerdeki şehirleşme,tarımsal faaliyetler arazi sorunları ve ölü rüzgar bölgesi gibi olumsuz etkenlerdir.
Aydın ili için Rüzgar Enerji Santrali Kurulabilecek En Uygun Bölge
Aydın şehrinde yaptığımız tüm rüzgar kapasite incelemeleri sonucunda rüzgar enerji santrali için en uygun bölge Dilek Yarım Adası Büyük Menderes Deltası Milli Parkının burun kısmıdır. Bu alan teorik olarak belirlenmesine karşın, kurulum yapılacak arazi değerlendirilmesi ve rüzgar ölçüm sistemlerinin kurulup rüzgar hız ve frekans değerlerinin tespit edilmesi gerekir.
Rüzgar Enerji Üretim Hesaplaması
Rüzgar Hızı Frekans İlişkisi
Rüzgar enerji santrali kurulmadan önce belirlenen araziye kurulan rüzgar ölçüm sistemlerinin ölçtüğü değerlere göre bölgenin rüzgar hızı ve frekansı arasındaki ilişkiyi gösteren tablo aşağıdaki gibidir.
| Hız | Frekans | Hız | Frekans | Hız | Frekans | Hız | Frekans |
| 0,1 | 70 | 2,1 | 6235 | 4,1 | 36042 | 6,1 | 45369 |
| 0,2 | 285 | 2,2 | 6153 | 4,2 | 38615 | 6,2 | 47253 |
| 0,3 | 491 | 2,3 | 6369 | 4,3 | 39350 | 6,3 | 49158 |
| 0,4 | 796 | 2,4 | 6635 | 4,4 | 37825 | 6,4 | 51258 |
| 0,5 | 1500 | 2,5 | 6752 | 4,5 | 39654 | 6,5 | 53698 |
| 0,6 | 1800 | 2,6 | 6958 | 4,6 | 41096 | 6,6 | 54869 |
| 0,7 | 1850 | 2,7 | 6905 | 4,7 | 42800 | 6,7 | 56258 |
| 0,8 | 1936 | 2,8 | 7563 | 4,8 | 43147 | 6,8 | 57632 |
| 0,9 | 1975 | 2,9 | 7862 | 4,9 | 43691 | 6,9 | 58631 |
| 1 | 3200 | 3 | 15050 | 5 | 44235 | 7 | 59994 |
| 1,1 | 3800 | 3,1 | 17325 | 5,1 | 41023 | 7,2 | 58632 |
| 1,2 | 4600 | 3,2 | 18200 | 5,2 | 38631 | 7,5 | 55143 |
| 1,3 | 4800 | 3,3 | 16450 | 5,3 | 35214 | 8,3 | 32456 |
| 1,4 | 4925 | 3,4 | 17125 | 5,4 | 36241 | 8,5 | 12365 |
| 1,5 | 5150 | 3,5 | 20200 | 5,5 | 37896 | Genel Toplam | 757650 |
| 1,6 | 5639 | 3,6 | 21350 | 5,6 | 31202 | ||
| 1,7 | 5263 | 3,7 | 26987 | 5,7 | 39112 | ||
| 1,8 | 4826 | 3,8 | 29634 | 5,8 | 38963 | ||
| 1,9 | 5639 | 3,9 | 28500 | 5,9 | 37826 | ||
| 2 | 6389 | 4 | 32500 | 6 | 42369 |
Rüzgar Türbin Sistemi Seçimi
Seçilen bölgedeki rüzgar verilerine göre rüzgar enerji santrali türbin sistemi RETScreen 4 adlı program ile Enercon firmasının Enercon-48-50M türbini seçilmiştir. Seçilen alanda 10 adet türbin kullanılması düşünülmektedir.
Rüzgar Türbin Seçimi (RET Screen Programıyla)
| Rüzgar hızı | Güç eğrisi verileri | Enerji eğrisi verileri | ||||
| m/s | kW | MWh | ||||
| Rüzgar türbini | 0 | 0,0 | ||||
| Türbin başına güç kapasitesi | kW | 800,0 | 1 | 0,0 | ||
| İmalatçı | Enercon | 2 | 0,0 | |||
| Model | ENERCON – 48 – 50M | 3 | 5,0 | 193,3 | ||
| Türbin sayısı | 10 | 4 | 25,0 | 524,1 | ||
| Güç kapasitesi | kW | 8.000,0 | 5 | 60,0 | 1.030,3 | |
| Bağlantı noktası yüksekliği | M | 50,0 | 6 | 110,0 | 1.644,9 | |
| Türbin başına rotor çapı | M | 48 | 7 | 180,0 | 2.282,5 | |
| Türbin başına taranan alan | M² | 1.810 | 8 | 275,0 | 2.884,1 | |
| Enerji eğrisi verileri | Standart | 9 | 400,0 | 3.421,2 | ||
| Şekil faktörü | 2,0 | 10 | 555,0 | 3.884,2 | ||
| 11 | 671,0 | 4.271,2 | ||||
| 12 | 750,0 | 4.583,0 | ||||
| 13 | 790,0 | 4.821,3 | ||||
| 14 | 810,0 | 4.989,4 | ||||
| 15 | 810,0 | 5.092,9 | ||||
| 16 | 810,0 | |||||
| 17 | 810,0 | |||||
| 18 | 810,0 | |||||
| 19 | 810,0 | |||||
| 20 | 810,0 | |||||
| 21 | 810,0 | |||||
| 22 | 810,0 | |||||
| 23 | 810,0 | |||||
| 24 | 810,0 | |||||
| 25 | 810,0 | |||||
Rüzgar enerji santrali için seçilen rüzgar türbin sisteminin özellikleri aşağıdaki tablodaki gibidir.
ENERCON E-48 / 800 kW Rüzgar Türbin Sistemi Özellikleri |
|
| Anma Gücü | 800 kW |
| Rotor Uzunluğu | 48 m |
| Göbek Boyutu | 50m/55m/60m/76m |
| Rüzgar Bölgesi | WZ III |
| Rüzgar Sınıfı | IEC/NVN IIA |
| Türbin Çeşidi | Dişlisiz, değişken hızlı, tek bıçak ayarlı |
| Rotor Tipi | Aktif Pitch Kontrol İle Rüzgara Karşı Rotor |
| Kanat Dönme Yönü | Saat yönü |
| Kanat Sayısı | 3 |
| Kanat Süpürme Alanı | 1,810 m2 |
| Kanat Materyali | GRP (epoksi reçinesi): Yıldırıma Karşı koruma entegresi |
| Rotor Dönme Hızı | Değişken, 16-31 rpm |
| Pitch Kontrol | ENERCON tek pitch sistem, acil durum tahsisiyle rotor kanadı başına bir tane bağımsız pitch sistem |
| Jeneratör Ana Yatak | Konik Makaralı Rulman Çifti |
| Jeneratör | ENERCON direct-drive dairesel jeneratör |
| Şebeke Beslemesi | ENERCON inverter |
| Frenleme Sistemi | Rotor freni,rotor kilidi acil durum güç tedariğiyle 3 adet bağımsız pitch kontrol sistem |
| Yaw Control | Aktif dişlilerin ayarıyla, yüke bağlı sönümleme |
| Cut-out Rüzgar Hızı | 28-34 m/s aralığı fırtına koruması |
| Uzaktan İzleme | ENERCON SCADA |
Rüzgar Enerji Santrali Seçilen Rüzgar Türbin Sistemindeki Naselin İç Görünümü
Rüzgar Hızına Göre Seçilen Türbinde Üretilen Güç
Seçilen Rüzgar Türbininin Matematiksel Modellemesi
50 Metredeki Rüzgar Hızının Matematiksel Olarak Belirlenmesi
Önceki bölümlerde de anlatıldığı gibi bir bölgeye rüzgar enerji santrali kurulmadan önce rüzgar ölçüm direği dikilerek rüzgar hız değerleri ölçülür. Seçilen bölgede ise rüzgar hızı 10 metre için yaklaşık olarak 4,46 m/s bulunmuştur. Verimli bir sistem için 50 metrelik bir türbin yüksekliği istendiği için 50’m deki hız Hellman bağıntısıyla buluyoruz.
Vx=Vr.(Hx/Hr)u
Vr=Referans yükseklikte ölçülen rüzgar hızı
Hr=Referans yükseklik
Hx=Hız hesaplanacak yükseklik
Vx=İstenen yükseklikteki rüzgar hızı
u= Hellman Katsayısı
Bu denkleme göre Hr yani referans yüksekliğimiz 10 metre, bu yükseklikteki rüzgar hızımız yani Vr de 4.46 m/s’dir.
Aşağıdaki tabloda rüzgar enerji santrali kurulacak yerinin arazi özelliklerine göre Hellman katsayıları belirlenmiştir. Arazi ağaçlık olduğu için bu değer 0,28 olarak belirlenmiştir.
| Ölçüm Yeri | µ |
| Açık deniz, kıyı şeridi | 0,14 |
| Açık alan, tarlalar | 0,18 |
| Ağaçlık alan, yerleşim alanı | 0,28 |
| Yüksek binalı yerleşim alanı | 0,4 |
Yukarıdaki tüm bilgilere göre;
Vx=4,46m/s.(50m/10m)0,28
50 metre yükseklikteki rüzgar hızı Vx=7 m/s’dir.
Maksimum Güç
Rüzgardan üretilen enerji türbin kayıpları ihmal edilirse maksimum değerde aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
PT=1/2xCPxρxAx(Vr)3
PT = Üretilebilecek maksimum güç (W)
ρ = Hava yoğunluğu (kg/m3) = 1225 kg/m3
Cp = Betz katsayısı (0,5926)
A = Rotor süpürme alanı (m2)
Rotor süpürme alanı rüzgar türbin kanatlarının dairesel dönüşünde taradığı alandır. Bu daire alan formülü ile yani pi sayısının yarı çapın karesi ile çarpılması ile elde edilir. Seçtiğimiz rotorun çapı 48 metre olduğuna göre burada r’yi 24 pi sayısını da 3 olarak alıyoruz ve aşağıdaki formülde yerine koyuyuoruz.
A=π.r2
A=3.242
A=1810 m2
Vr = Ortalama rüzgar hızı (m/s) önceki hesaplamada bulduğumuz 50 metredeki değeri yani 7 m/s hızını burada kullanacağız.
PT=1/2×0,5926x1225x1810(7)3
PT=225,35 kW
Bulunan bu değer normal şartlarda kayıpsız üretilebilecek maksimum güçtür. Rüzgar enerji santrali için seçilen türbin olan ENERCON E-48/800kW ‘in hıza göre güç değerlerinde 7 m/s hızda 180 kW güç elde edildiği belirtilmiştir. Bu değerdeki düşüm türbin kanatlarında oluşan girdap ve sürtünme kayıplarıdır. Yani sistemimizin kanatlarda oluşan kayıplarıyla birlikte oluşan gerçek güç 180 kW, teorik gücü ise 225,35 kW’tır.
Gerçek Güç
Rüzgar türbinlerinde gerçek güç, kayıplardan dolayı ortaya çıkan gerçek verimle maksimum gücün çarpımıdır. İdeal türbinlerde genel verim %30-40 arasındadır bizim kullanacağımız türbinin verimi ise yaklaşık olarak %38 civarındadır. Bu değerler ile rüzgar enerji santrali ile üretilebilecek gerçek gücü bulabiliriz. Gerçek güç aşağıdaki formülle bulunur.
PG=PT.η
PG= Gerçek Güç,
PT= Maksimum (Teorik) Güç,
η= Gerçek Verim
PG=225,35×0.38
PG=85,63 kW
Rüzgar Enerji Santrali Kapasite Faktörü Belirlenmesi
Rüzgar Enerji Santrali Kapasite Tablosu
| Rüzgar hızı | Güç eğrisi verileri | Enerji eğrisi verileri | Frekans Esme Sayısı | Üretilen Enerji eğrisi verileri |
| M/s | kW | MWh | fr (h) | Pt*fr=kWh |
| 0 | 0 | 0 | 0 | |
| 1 | 0 | 3200 | 0 | |
| 2 | 0 | 6389 | 0 | |
| 3 | 5 | 193,3 | 15050 | 75250 |
| 4 | 25 | 524,1 | 32500 | 812500 |
| 5 | 60 | 1.030,30 | 44235 | 2654100 |
| 6 | 110 | 1.644,90 | 42369 | 4660590 |
| 7 | 180 | 2.282,50 | 59994 | 10798920 |
| 8 | 275 | 2.884,10 | 34862 | 9587050 |
| 9 | 400 | 3.421,20 | 0 | 0 |
| 10 | 555 | 3.884,20 | 0 | 0 |
| 11 | 671 | 4.271,20 | 0 | 0 |
| 12 | 750 | 4.583,00 | 0 | 0 |
| 13 | 790 | 4.821,30 | 0 | 0 |
| 14 | 810 | 4.989,40 | 0 | 0 |
| 15 | 810 | 5.092,90 | 0 | 0 |
| 16 | 810 | 0 | 0 | |
| 17 | 810 | 0 | 0 | |
| 18 | 810 | 0 | 0 | |
| 19 | 810 | 0 | 0 | |
| 20 | 810 | 0 | 0 | |
| 21 | 810 | 0 | 0 | |
| 22 | 810 | 0 | 0 | |
| 23 | 810 | 0 | 0 | |
| 24 | 810 | 0 | 0 | |
| 25 – 30 | 810 | 0 | 0 | |
| Genel Toplam | 238599 | 28588410 |
Oluşturduğumuz enerji kapasite tablosundaki bilgilere göre ve aşağıdaki formüle göre rüzgar enerji santrali için kapasite faktörü belirlenir.
KF=ET/(PN.8760)
KF=Kapasite Faktörü
ET=Rüzgar enerji santrali ile bir yıl boyunca üretilebilecek güç miktarı
Enerji kapasite tablosuna göre 28588410 kWh/yıl olarak belirlenmiştir.
PN= Rüzgar enerji santrali toplam kurulu gücü
800 kW gücünde 10 tane türbin planlanmıştır. Bu da toplamda 8000 kW bir kurulu güç yapar.
Sabit katsayı olarak verilen değer de 1 yılın saat cinsinden değeridir. 365 gün x 24 saat = 8760 saat/yıl
KF=28588410/(8000.8760) KF=0.4
KF=%40
%40 kapasite oranına sahip bir rüzgar enerji santrali de yatırımcı açısından oldukça verimlidir.
Sonuç
Rüzgar enerji santrali dizaynının çok iyi bir şekilde ve doğru metotlarla yapılması gerekmektedir. Ülkemizin ve dünyamızın rüzgar enerji santrali olmaması için tasarımlar ve hesaplamalar en ince ayrıntısına kadar yapılmalıdır.
Bu yazı ile sizlere rüzgar enerji santrali tasarımı adlı tezimin en önemli bölümlerini aktarmaya çalıştım. Eksik veya hatalı gördüğünüz yerleri yorum olarak belirtirseniz sevinirim.
biraz da yasal duzenlemelerden bahsedilseydi iyi olurdu. bu arada ornek secilen proje 8 mw gucunde oldukca yuksek. daha dusuk yatirimlar icin seklinde aciklanabilseydi iyi olurdu cunku 1mwg alti ustu icin yonetmelikler yasalar oldukca degisiklik gostermekte