Rüzgar güç santralleri konumlandırmasının sayısal olarak incelenmesi ve optimizasyonu
Numerical investigation and optimization of the wind farm layout problem
Yazar: ONUR KOŞAR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ARİF ÖZGÜR
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, Kütahya ili için rüzgâr santrali fizibilite çalışması gerçekleştirilmiştir. Dumlupınar Üniversitesi Evliya Çelebi Kampüsü yakınında Kızılbayır mevkiindeki bir rüzgâr ölçüm istasyonunda kaydedilmiş olan rüzgâr verilerinin bölge üzerindeki dağılımı WAsP yazılımı kullanılarak incelenmiştir. Araştırılan alan üzerindeki en rüzgârlı üç saha için rüzgâr enerjisi tekno-ekonomik analizi gerçekleştirilmiştir. Güncel pazar verileri ışığında yapılan seviyelendirilmiş enerji maliyeti analizine göre, rüzgâr enerjisi birim maliyeti türbin ve saha seçimine bağlı olarak 0,0248 ile 0,0372 ABD $/kWh olarak değişim gösterdiği hesaplanmıştır. Seçilen bölge üzerinde, üç farklı güç kapasitesi (25, 50, 75 MW) için rüzgâr santrali konumlandırma optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla MATLAB yazılımı kullanılması ile bir optimizasyon kodu hazırlanmıştır. Her olası türbin noktasındaki arazi yükseklik değeri ve Weibull parametreleri optimizasyon koduna tanımlanmıştır. Nihai optimizasyon kodu yapısını oluşturmadan önce iki farklı rüzgar santrali konumlandırma probleminin çözümlemesi yapılmıştır. Optimizasyon sonuçlarına göre, araştırılan arazinin en rüzgârlı bölgesinde kurulacak 25,3 MW'lık güce sahip bir santralin %35 kapasite faktörü ile 77,677 GWh yıllık enerji üreteceği hesaplanmıştır. Artan güç kapasitesi ile birlikte kapasite faktörünün düştüğü ve dolayısı ile birim enerji maliyetinin yükseldiği gözlenmiştir. Ayrıca Dumlupınar Üniversitesi Evliya Çelebi Kampüsü'nün bir yıl boyunca saatlik elektrik tüketiminin rüzgâr enerjisi ile karşılanabilirliği araştırılmıştır. Kampüs etrafındaki en rüzgârlı yerler WAsP yazılımı ile belirlenmiştir. Bu bölgelerin rüzgâr türbini kurulum uygunluğu, fiziki koşullar ve gürültü yayılımı açısından araştırılmıştır. Yapılan kabuller altında, anlık saatlik tüketiminin %38,9'unu karşılayacak bir türbin modelinin bir yıl boyunca kampüsün yıllık toplam tüketiminin %57,8'i kadar enerji üreteceği hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, feasibility study of wind farm for Kütahya province of Turkey was carried out. The wind data recorded in a wind measurement station in Kızılbayır region near Dumlupınar University Evliya Çelebi Campus was analyzed using WAsP software. The wind energy techno-economic analysis was carried out for the three windiest sites on the investigated area. According to the levelized cost of energy analysis carried out considering the current market data, wind energy unit cost was calculated to vary from 0.0248 to 0.0372 US $ / kWh depending on turbine and site selection. Wind farm layout optimization problem solutions for three different power capacities (25, 50, 75 MW) were performed for the selected windiest site. For this purpose, an optimization code was prepared by using MATLAB software. The altitude values and Weibull parameters at each possible turbine locations were defined for the optimization code. Before constructing the final optimization code structure, two different wind farm layout optimization problems were solved. According to the results of the optimization, a wind farm with a power of 25.3 MW installed in the windiest region was estimated to generate 77.677 GWh of annual energy with a capacity factor of 35%. It was observed that with the increased power capacity, the capacity factor was fallen and therefore the unit energy cost was increased. In addition, affordability rate of the Dumlupınar University Evliya Çelebi Campus' hourly electricity demand with wind energy was investigated. The windiest places around the campus were dedected by WASP software. These regions were investigated in terms of installation suitability, physical conditions and noise propagation. Under the assumptions, it was estimated that a turbine model that can meet 38.9% of the instantaneous hourly consumption will generate 57.8% of the total annual consumption of the campus.