RÜZGAR TÜRBİN TİPLERİ VE RÜZGARDAN ELDE EDİLEBİLECEK ENERJİNİN BELİRLENMESİ Dr. Ali Vardar

RÜZGAR TÜRBİN TİPLERİ

Rüzgar türbin tipleri ve kullanım yerleri Rotor Tipleri λ Uç hız oranı Cp Güç katsayısı RPM Devir Sayısı Tork Kullanım Yeri PERVANE TİPİ 10 0,42 Yüksek Alçak Elektrik Üretimi DARRIEUS TİPİ 6 0,40 CYCLOGIRO TİP 4 0,45 Orta Üretimi veya Su pompalama ÇOK KANATLI TİP 0,35

Rotor Tipleri λ Cp RPM Tork Kullanım Yeri YELKEN KANAT TİPİ 4 0,35 Uç hız oranı Cp Güç katsayısı RPM Devir Sayısı Tork Kullanım Yeri YELKEN KANAT TİPİ 4 0,35 Orta Elektrik Üretimi FAN TİPİ 1 0,30 Alçak Su Pompalama SAVONIUS TİP 0,15 Yüksek HOLLANDA TİPİ 2 3 0,17 Su pompalama veya Değirmen

Rüzgar türbinleri başlıca üç gruba ayrılabilir: 1-Yatay eksenli rüzgar türbinleri 2-Düşey eksenli rüzgar türbinleri 3-Diğer rüzgar türbinleri

Yatay eksenli rüzgar türbinleri: a-) Klasik rüzgar türbinleri b-) Yavaş rüzgar türbinleri c-) Hızlı rüzgar türbinleri

Klasik rüzgar türbinleri

Yavaş rüzgar türbini

Hızlı rüzgar türbinleri

Hızlı rüzgar türbinleri

Hızlı rüzgar türbinlerinde kanatlar

Hızlı rüzgar türbinlerinde farklı güç aktarım dizaynları Göbek Rotor Şaft Dişli kutusu Jeneratör Kule Gövde Hızlı rüzgar türbinlerinde farklı güç aktarım dizaynları

Danimarka dizaynının iç görünüşü Göbek Rotor Şaft Dişli kutusu Jeneratör Kule Gövde Danimarka dizaynının iç görünüşü Danimarka dizaynı

Şaftsız dizaynının iç görünüşü Göbek Rotor Şaft Dişli kutusu Jeneratör Kule Gövde Şaftsız dizaynının iç görünüşü Şaftsız dizaynı

Çok kutuplu halka (Multipole ring) jenerator dizaynının iç görünüşü Göbek Rotor Şaft Dişli kutusu Jeneratör Kule Gövde Çok kutuplu halka (Multipole ring) jenerator dizaynının iç görünüşü Çok kutuplu halka (Multipole ring) jenerator dizaynı

Hızlı rüzgar türbinlerindeki gelişim süreci

Düşey eksenli rotor tipleri Savonius-Rotor Darrieus-Rotor Cyclogiro-Rotor Düşey eksenli rotor tipleri

Darrieus ve Savonius tipi rüzgar türbinleri

Diğer rüzgar türbin tipleri

Diğer rüzgar türbin tipleri

RÜZGARDAN ELDE EDİLEBİLECEK ENERJİNİN BELİRLENMESİ

D h v v1 v2 Rüzgarın rotor düzlemine gelişinin şematik görünüşü

Rüzgarın rotor düzlemine gelişi

Rüzgarın rotor düzlemine gelişi ve rotor düzlemini terk edişi

v2 : rotor düzleminin arkasındaki rüzgar hızı v1 : rotor düzlemindeki ortalama rüzgar hızı v : rüzgar türbini rotor düzleminin önünde esen rüzgarın hızı, v2 : rotor düzleminin arkasındaki rüzgar hızı

Hareket halindeki havanın kütlesi Enerji Rüzgar hızı

Güç

Hareket halindeki havanın birim zamandaki kütle miktarı Havanın yoğunluğu (kg/m3) Rotor düzlemine gelen hava kütlesinin kesit alanı (m2) Rüzgar hızı (m/s)

İdeal güç katsayısı (Betz katsayısı) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Hız oranı (v 2 /v) İdeal güç katsayısı (Cp) İdeal güç katsayısı (Betz katsayısı)

Mekanik-teknik verimlilik İdeal güç katsayısı Mekanik-teknik verimlilik

teorik olarak maksimum Güç Eğrileri 1000 teorik olarak maksimum kullanılabilir güç 800 rüzgardaki güç 600 gerçek güç eğrileri Güç ( W/m2 ) 400 200 stall kontrollü pitch kontrollü 5 10 15 20 25 Rüzgar Hızı ( m/s ) Rüzgardan elde edilebilecek enerji ile ilgili güç eğrileri

Boşluklu ve göbekli rotorlar

Rotorun gerçek çapı Süpürme alanı çapı

Dikey rüzgar profili Sınır Katmanı Yüzey Katmanı 6 5 4 3 2 1 Rüzgar Hızı ( m/s ) Geostrophic Rüzgar Şehir Çim Su 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1000 Yükseklik ( m ) Dikey rüzgar profili

Yeryüzünden 15 m’ye kadar olan yükseklikler için: Yeryüzünden 15 m’nin üzerindeki yükseklikler için: rüzgarın aşağı yükseklikteki hızı rüzgarın yukarı yükseklikteki hızı yukarıda esen rüzgarların yerden olan esme yükseklikleri aşağıda esen rüzgarların yerden olan esme yükseklikleri

Örnek Problem: SORU: 10 metre yükseklikte ölçülen rüzgar hızı 5 m/s olduğuna göre 40 metre kule yüksekliğine sahip bir rüzgar türbininin alacağı rüzgar hızı değerini hesaplayınız.

CEVAP: h : 10 m v : 5 m/s h’ : 40 m v’ : ? 6,6 m/s

Rüzgar hızının yerden yüksekliği h yüksekliğindeki rüzgar hızı Rüzgar hızı yükseklik faktörü Von Karman sabiti (0,4) Yer yüzeyindeki engellerden kaynaklanan pürüzlülük uzunluğu

Pürüzlülük sınıfı ve pürüzlülük uzunluğu tablosu. Uzunluğu (m) Enerji Göstergesi (%) Yüzey şekli 0,0002 100 Su yüzeyleri 0,5 0,0024 73 Açık araziler (Beton, uçaklar için iniş alanı, otoban, biçilmiş çim vb.) 1 0,03 52 Uzak aralıklı yapılara sahip çitsiz ve engelsiz açık tarımsal araziler. (Çok hafif engebeli) 1,5 0,055 45 Birkaç binalı ve 1250 m mesafeli 8 m yüksekliğinde çitlere sahip tarımsal araziler. 2 0,1 39 Birkaç binalı ve 500 m mesafeli 8 m yüksekliğinde çitlere sahip tarımsal araziler. 2,5 0,2 31 Pek çok bina, çalı ve bitkiye sahip, yada 250 m mesafeli 8 m yüksekliğinde çitlere sahip tarımsal araziler. 3 0,4 24 Köyler, küçük şehirler, çok yada yüksek çitli tarımsal araziler, ormanlar, çok yoğun ve pürüzlü bölgeler. 3,5 0,8 18 Yüksek yapılara sahip büyük şehirler 4 1,6 13 Yüksek binalara ve gökdelenlere sahip büyük şehirler

Örnek Problem: SORU: 10 metre yükseklikte ölçülen rüzgar hızı 5 m/s olduğuna göre 40 metre kule yüksekliğine sahip bir rüzgar türbininin alacağı rüzgar hızı değerini hesaplayınız. Rüzgar türbini bir köyde bulunmaktadır.

7,15 m/s CEVAP: h : 10 m v : 5 m/s z0 : 0,4 (Çizelgeden) h : 40 m k : 0,4 (Sabit) h : 40 m v : ? 7,15 m/s

Bir rüzgar türbininden maksimum enerji üretimi: Rüzgar türbini yüksekliği Rüzgar türbin rotorunun çapı Rüzgar türbin rotorunun aerodinamik yapısı Hava yoğunluğu Rüzgar hızı

DİNLEDİĞİNİZ VE KATILIMINIZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM… Dr. Ali Vardar