Rüzgâr Enerjisi Teknolojileri: Ön Tasarım Kodu Geliştirmesi

Abstract

Bu çalışmada rüzgâr enerjisi çevrimi sistemlerinin ön tasarımı için bir kod geliştirilmiştir. MATLAB dili ile bu kod yazılmış, görsel kullanıcı arayüz kullanan eniyileme ve çözümlemelerden oluşan bir program oluşturulmuştur. Mevcut tasarım ve çözümleme programları özetlenmiş ve özgün bir ön tasarım ve eniyileme programı ‘WIND’ geliştirilmiştir. Program seçilen yöreye uygun tasarımı ve eniyilemeyi; yöreden alınan gerçek rüzgâr verileri kullanılarak rüzgâr kaynağı çözümlemesi, yatay eksenli rüzgâr türbini (YERT) kavramsal tasarımı ile ağırlık ve maliyet çözümlemeleri, aerodinamik tasarım ve çözümleme, rüzgâr enerji hesaplamaları ile ekonomik çözümlemeler gerçekleştirmektedir. Rüzgâr Kaynağı çözümlemesi bölümünde Weibull yaklaşımı, aerodinamik bölümünde pala elemanı momentum kuramı kullanılmıştır. Ağırlık ve maliyet kestirimleri bölümünde Sunderland ağırlık ve maliyet modeli ile pala ağırlığı hesaplanmakta diğer bileşen ağırlıkları da istatistiksel ve deneysel bağıntılar yardımıyla hesaplanmaktadır. Enerji hesaplamaları için Weibull yaklaşımı kullanılmıştır. Ekonomik çözümlemelerde şimdiki değer maliyet yaklaşımı kullanılmıştır. Eniyileme algoritması için RSM (Response Surface Method) yöntemi seçilmiştir. Programda eniyileme amaç fonksiyonunda birim enerji üretim maliyetleri, geri dönüşüm zamanı, rüzgâr türbini satış fiyatı ve yıllık enerji üretimi gibi değişkenler kullanılmıştır. Kullanıcının belirlediği rüzgâr verisi, üreteç anma rüzgâr gücü ve diğer tasarım değişkenleri; yöre bilgisi, tasarım seçenekleri, aerodinamik, ekonomi, güç eğrisi ve eniyileme gibi bölümlerde girdiler atanarak, rüzgâr türbini rotor yarıçapı ve rüzgâr türbini göbek yüksekliği değişkenleri eniyilenmiştir. Sonuçlar rüzgâr enerjisi projelerinin uygulanabilirliği açısından bir rehber teşkil etmektedir.

A preliminary design code is developed for the wind energy conversion systems. This code is built in MATLAB language with graphical user interface (GUI) involving optimization and analysis processes. Current design and analysis codes are summarized and a specific preliminary design and optimization program ‘WIND’ is built. Program achieves site specific design with actual observed wind data and optimization involving; wind resource analysis, preliminary design of horizontal axis wind turbine (HAWT), aerodynamics design and analysis, wind energy calculations and economic analysis. For the wind resource analysis Weibull approach is used. In the aerodynamics section blade element momentum theory is used. In the weight and cost analysis, blade weight is calculated with Sunderland weight and cost model. The other components are calculated with statistical and experimental relations. Energy calculations are done with Weibull approach. In the economic analysis present worth approach is used. For the optimization algorithm response surface method (RSM) is used. In the program objective function is consisting of variables cost of energy (COE), pay back period, Wind Turbine (WT) sales price and Annual Energy Production. User defined wind data, generator rated power and other design parameters; site information, design options, aerodynamic, economic, power curve and optimization sections generates necessary inputs. As a result WT rotor radius and hub height is optimized. Results will be a guide for feasibility of wind energy projects.