FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Yazar "Asilhan, Sevinç" ile FBE- Meteoroloji Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeKısa Süreli Rüzgar Tahmini İçin Wrf Model Performansının Analizi Ve Rüzgar Gücü Uygulamaları(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-01-29) Akataş, Nilcan ; Asilhan, Sevinç ; 10063367 ; Meteoroloji Mühendisliği ; Meteorological EngineeringGünümüzde küresel iklim değişiminin etkilerinin hissedilebilir hale gelmesi ve bu etkilerin büyük kısmının antropojenik kaynaklı fosil yakıtlardan meydana gelmesi sebebiyle, temiz enerji kaynaklarına olan ilginin artması kaçınılmaz olmuştur. Rüzgar enerjisi de bu kaynaklardan biridir. Bu nedenle özellikle son yıllarda rüzgar türbini ve tarlalarının kurulması için belirlenen bölgelerde yapılan analizler ve sınır tabakadaki rüzgar tahminleri literatürde önemli yer tutmaktadır. Bu analiz ve tahminler, temiz enerji sistemlerinin kurulacağı bölgelerin potansiyellerini belirlemede önemli rol oynamaktadır. Sistemlerin kurulum maaliyetleri yüksek olduğundan, ilerki dönemlerde kayıpların en az olması için yapılan bu ön çalışmalar önem taşımaktadır. Bu çalışmada TÜBİTAK projeleri arasında yer alan Milli Rüzgar Enerji Sistemleri Geliştirilmesi ve Prototip Türbin Üretimi (MİLRES) adlı proje kapsamında Terkos (Durusu) bölgesinde yer alması planlanmış ilk milli türbin olma özelliği taşıyan rüzgar türbini için, aynı bölgede kurulmuş 81 metrelik ölçüm direğinden alınan verilerin analizinin ve sınır tabaka için kısa süreli rüzgar tahminin yapılması amaçlanmıştır. Çalışmada, İstanbul’un kuzeybatısında 41o 18` kuzey enlemi ve 28o 39` doğu boylamlarında, deniz seviyesinden 51 m yükseklikte bulunan Durusu bölgesinde yer alan ölçüm direğinin farklı seviyelerden alınan rüzgar hızı ve yönü verisi ile bölgedeki rüzgarlara ait analizler yapılmıştır. Rüzgar verisi, ölçüm direğinin 20, 40, 65, 80 ve 81 metrelerinden 10’ar dakikalık olarak kayıt edilmiştir ve 1 Ağustos 2012-1 Ağustos 2013 dönemini kapsamaktadır. Ölçüm direğinden alınan farklı seviyelerin rüzgar verisine ait histogramlar çıkarılarak rüzgar hızlarının bağıl frekanslarını bulmada kullanılan Weibull dağılımı ve parametreleri belirlenmiştir. Yapılan istatistiksel çalışmalarla verinin klimatolojik bilgisi çıkarılmış, hakim rüzgar yönleri ve zaman serileri grafiklere dökülmüştür. Bölge için hakim rüzgar yönleri kuzeydoğu ve güneybatı olarak saptanmıştır. Mevsimsel analizler, kış aylarında rüzgar hızlarının yaz aylarına göre daha yüksek olduğunu ve en yüksek değerlerin Ekim, Kasım ve Şubat aylarında olduğunu göstermiştir. Rüzgarların aylık ortalama değerlerine bakıldığında, rüzgar hızlarının yaz aylarına doğru düştüğü, sonbahar aylarında yeniden yükseldiği görülmüştür. Bunların yanısıra günlük ortalama rüzgarlar 20 m’den 81 m’ye kadar yaklaşık 4 m/s ile 7 m/s arasında değişmektedir. Analizlerden elde edilen sonuçlar kullanılarak, bölgede kurulması planlanan 500 kW’lık rüzgar türbininin konum tespiti için Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) kullanılmıştır. Bölgenin topografyası ve yüzey şartları göz önünde bulundurularak pürüzlülük haritası çıkartılmış ve programda kullanılmıştır. Bu programla elde edilen rüzgar atlasları daha sonra CFD model olan MeteodynWT ile de elde edilerek kıyaslamaları yapılmıştır. Böylece, lineer bir akış modeli olan WAsP ile hesaplamalı akışkanlar dinamiğini içeren MeteodynWT sonuçları arasındaki farklar irdelenmiştir. WAsP’ın atmosferi kararlı kabul ettiği varsayımın aksine, MeteodynWT Monin-Obukhov uzunluğuna dayanan farklı kararlılık koşullarına göre çalışabilmektedir. Bu nedenle, MeteodynWT modeli için öncelikle düşey rüzgar kaymasına göre atmosferin kararlılık durumu araştırılmıştır. Atmosferin kararlılık durumu nötre yakın olarak tespit edilmiş, sonuçlar buna göre belirlenmiştir. WAsP ve MeteodynWT’de kullanılan dijital harita, 63 km2’lik alanı kapsamaktadır. Harita, 50 metre yatay çözünürlüklü gridlerle oluşturulmuştur ve harita üzerinde izohipsler 3’er metre aralıklarla gösterilmiştir. Her iki model için de sonuçlar, kurulacak türbinin 65 metredeki hub yüksekliği göz önünde bulundurularak elde edilmiştir. WAsP sonuçlarına göre arazi üzerinde ortalama rüzgar hızları 65 metre için 5.13 m/s ile 7.64 m/s arasındadır. MeteodynWT’de 65 m’deki rüzgar hızları WAsP sonuçlarına benzer olarak 5.20 m/s ile 7.60 m/s olarak hesaplanmıştır. Enerji yoğunlukları ise WAsP’ta bölge üzerinde 157 W/m2 ile 525 W/m2 değerleri arasında değişkenlik gösterirken MeteodynWT’de 189 W/m2 ile 476 W/m2 arasında değişmiştir. MeteodynWT’de WAsP’a ek olarak bölge genelinde türbülans yoğunluğu haritası elde edilmiştir. Çalışmada, Terkos bölgesi için yapılan örnek bir uygulama olarak 500 kW gücünde Enercon E40 tipi türbinden faydalanılarak üretim çıktıları WAsP ve MeteodynWT programlarının her ikisinde de hesaplanmıştır. Bir diğer örnek uygulamada 500 kW gücünde 5 türbinle toplamda 2.5 MWh kurulu güce sahip rüzgar tarlası tasarlanarak üretim çıktıları yeniden iki programda da hesaplanmıştır. Kapasite faktörü her iki örnek uygulama için de yaklaşık %25 olarak hesaplanmıştır. 500 kWh’lik kurulu güç için üretim değerleri WAsP’ta yılda 1104 MW, MeteodynWT’de ise yılda 1113 MW olarak hesap edilmiştir. Rüzgar tarlası örneği için bu değerler yılda 5467 MW ve 5510 MW’tır. Çalışmanın bir diğer bölümünde ise orta vadeli kısa süreli sayısal hava tahmin modeli olan The Weather Research and Forecasting-Advanced Research (WRF-ARW) ile sınır tabakadaki rüzgar tahminleri yapılmıştır. Atmosferin kararlılık durumuna göre çeşitli tarihler belirlenerek, bu tarihlere ait birer saatlik çıktılar halinde üçer günlük ve onar günlük periyodlar için rüzgar tahminleri elde edilmiştir. Model, 6 farklı başlangıç koşuluyla çalıştırılmıştır. Modelin sonuçları gözlem verileriyle karşılaştırılarak hangi başlangıç koşulunun bölge için daha iyi çalıştığına bakılmıştır. WRF-ARW tahminleri için ilk olarak 1-4 Şubat ve 1-4 Mart günleri için farklı başlangıç koşullarıyla yapılan tahmin sonuçları elde edilmiştir. Sonuçlar WRF-ARW modelinde seçilen çalışma alanında dış, orta ve içteki yuvalamalar için yapılan tahminleri ayrı ayrı içermektedir. WRF-ARW tahminlerinin gözlem verisiyle karşılaştırılabilmesi için düğüm noktalarındaki tahminler en yakın komşu (nearest neighbour) ve ağırlıklı ortalama (weighted average) yöntemleriyle Terkos’ta ölçüm direğinin olduğu noktaya taşınmıştır. Tahminlerdeki hatalar RMSE ile belirlenmiş, hataların azaltılabilmesi için WRF-ARW tahminlerinin farklı sonuçları için Yapay Sinir Ağları (YSA) yöntemi kullanılmıştır. YSA ile hataların düşürülmesi amaçlanmıştır. 1 saatten 6 saate kadar elde edilen YSA sonuçları, başlangıçta model sonuçları ile gözlemler arasındaki düşük korelasyonların yükselmesini, bu yolla hataların azalmasını sağlamıştır. YSA ve benzer yöntemler ham model çıktılarındaki hataların azaltılmasında ve rüzgar enerjisi tahminlerindeki tutarlılığın arttırılmasında etkin olarak kullanılabilir.