Rüzgar Türbini Konik Kulesinin Genetik Algoritma İle Optimizasyonu

Abstract

Yapılan bu tez çalışmasında yatay eksenli 1.5 MW gücünde rüzgar türbinine ait çelik konik kulenin yükseklği boyunca kalınlık optimizasyonu, genetik algoritma yöntemiyle yapılmıştır. Optimizasyon problemi Matlab 7.0 programıyla modellenmiştir. Optimizasyon probleminde çelik kulenin yüksekliği ve tabandan en üst noktaya kadar olan koniklik çapı değişimi sabit kabul edilmiştir. Çelik kulenin yüksekliği tabanda 4.3 m, en üst noktada ise 2.56 m’dir. Kulenin toplam yükseklği ise 52 m dir. Kulenin bulunduğu lokasyon Balıkesir-Bandırma olarak kabul edilmiştir. Kuleye etki eden yükler , ASCE-7 , IEC 61400-1 ,Eurocode 1 , Eurocode 3 ve AISC-89 gibi uluslararası standartlar baz alınarak hesaplanmış olup kulenin mukavemet açısından burkulma kuvveti , eğilme momenti ve birinci doğal frekansı analiz edilmiştir. Kuleye etki eden yükler sırasıyla rüzgarın kule üzerindeki direkt etkisi , rotorun dönmesinden kaynaklanan aerodinamik kuvvetler (WindPACT) , deprem yükü ve rotorun dönmesinden kaynaklanan kule üzerindeki yorulma etkisi optimizasyon problemini oluşturan parametrelerin başında gelmektedir. Çaprazlama, kopyalama ve mutasyon operatörleri genel olarak genetik algoritmanın çekirdek yapısını oluşturmaktadır. Algoritma yapısı içinde bulunan populasyondaki her birey kromozu temsil eder. Kromozomlar ise genlerden oluşur. Bu kapsamda populasyon içindeki kromozomlar 52 m lik kulenin her bir metresindeki kalınlığı temsil etmektedir. Problem çözümünde daha önceden belirlenen kısıt alanı içinde bulunan değerlerin en uygun olanları amaç fonksiyonun çözüm kümesini oluşturmuştur.

In this study, the thickness of steel conical tower pertaining to horizontal axis 1.5 MW wind turbine was optimized and minimized along the height of tower in lieu of the genetic algorithm method. The optimization problem was solved by Matlab 7.0. In the optimization problem, the height of tower was considered as a constant value. In addition, the change of tower diameter remains steadily from base to top along the tower height. The base diameter and top diameter are 4.3 m and 2.56 m respectively. The total height of tower considered to be located in Balıkesir-Bandırma is 52 m. Buckling strength , bending moment and first mode of natural frequency subjected to the tower were calculated based on ASCE-7 , IEC 61400-1, Eurocode 1, Eurocode 3 and AISC-89 international standards. The loads on the tower representing objective function in the optimization problem are direct wind load, wind turbine load (WindPACT), earthquake load and fatigue load. Also the main parameter in objective function is the weight of the tower. Genetic algorithm structure comprises of reproduction, crossover and mutation operators. In the structure of population of genetic algorithm, each individual represents chromosome which is composed of genes. In this way, the thickness of each 1 m section of tower corresponds to chromosomes. The best ones of values previously determined in allowable constraint area was formed the solution set of objective function.