Sakarya-Esentepe yöresi rüzgar enerjisi potansiyelinin yeni bir yaklaşımla belirlenmesi
A new approach of determining wind energy potential of Sakarya-Esentepe region
Yazar: FARUK ORAL
Danışman: PROF. DR. İSMAİL EKMEKÇİ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Ekonomik analiz = Economic analysis ; Enerji üretimi = Energy generation ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Weibull dağılımı = Weibull distribution ; İstatistiksel analiz = Statistical analysis

Özet:
Bu çalışmada; rüzgar enerjisi potansiyelinin istatistiksel olarak incelenmesi ve rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretim imkanları araştırılmıştır. Bu amaçla; Sakarya-Esentepe bölgesinde kurulan rüzgar ölçüm istasyonunda 30 m ve 10 m'de yapılan ölçümlerden elde edilen veriler değerlendirilerek, bölgenin rüzgar enerjisi potansiyeli belirlenmiştir. Rüzgar enerjisi potansiyelinin istatistiksel olarak incelenmesinde, Weibull dağılımı kullanılmıştır. Bu amaçla sayısal çözümleme için, MATLAB programı geliştirilmiştir. Weibull parametrelerinin tahminlenmesinde En Yüksek Olabilirlik Yöntemi ile Grafik Metot yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca istatistiksel analizde JMP, WAsP ve WindPRO yazılımları da kullanılmıştır. Bölgede, uygun türbin yerinin tespiti, uygun türbin tipinin belirlenmesi ve üretilebilecek enerji miktarının hesaplanabilmesi için rüzgar elektrik santral analizi yapılmıştır. Bu analiz için bölgenin 3 boyutlu sayısal haritası yapılmıştır.WindPRO programı ile yapılan istatistiksel analizde; 30 m'lik yükseklik için Weibull dağılımına göre yapılan analizde; yıllık ortalama rüzgar hızı 4,55 m/s, aylık ortalama en yüksek rüzgar hızını Ocak ayında, en düşük rüzgar hızı Ekim ayında gerçekleştiği bulunmuştur. Mevsimsel en yüksek ortalama rüzgar hızının kış mevsimde, en düşüğü ise yaz mevsiminde olduğu bulunmuştur. Yıllık Weibull parametreleri k ve c değerleri sırasıyla; 1,81 ve 5,12 m/s olarak hesaplanmıştır. Yıllık ortalama güç yoğunluğu değeri 121,01 W/m2 olarak bulunmuştur. Aylık en yüksek güç yoğunluğu değeri Ocak ayında, en düşük değeri ise Ekim ayında gerçekleşmiştir. Bölgede hakim rüzgar yönünün kuzey olduğu belirlenmiştir. Bulunan sonuçlar, ölçülen gerçek değerlere çok yakın olduğu görülmüştür.Bölgenin rüzgar elektrik santral analizi yapılarak; enerji üretim sahası olarak, Tahtalık, Semercik ve Çakırlıgeçit Tepe ve civarlarının en uygun yer olduğu, nominal gücü 2,5 MW, hub yüksekliği 160 m ve rotor çapı 100 m olan Fuhrlander FL 2500 RT'nin ise en uygun türbin modeli olduğu belirlenmiştir. Bu türbinin kullanılması durumunda kurulu gücü 15 MW olan 6 adet rüzgar türbini için rüzgar çiftliğinin yıllık toplam enerji üretim miktarı 26658 MWh ve kapasite faktörü değeri % 20,3 olarak hesaplanarak bulunmuştur.Belirlenen türbin tipi ve kurulu gücü için RES ekonomik analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda, birim enerji üretim maliyetinin yıllara göre değişimi belirlenmiştir. Yatırımın geri dönüş süresi 15 yıl 3 ay olarak bulunmuştur.

Abstract:
In this study, statistical analysis of wind energy potential and possibility of producing electricity from the wind have been investigated. For this reason, wind energy potential of Sakarya-Esentepe region has been predicted by making measurements at 10 and 30 meters of a wind station. In the statistical analysis of wind potential, Weibull distribution has been employed. Furthermore, a Matlab code has been developed to make statistical estimations numerically. For the estimations of Weibull parameters maximum likelihood and graphical methods have been used. In addition to analyses by Matlab; JMB, WAsP and WindPRO software have also been used. In order to estimate suitable site of wind turbine, the type of turbine and most probable energy output, a wind turbine electricity analysis has been conducted. For such an analysis, three dimensional topological map of the mentioned region has been created numerically.Analyses based on Weibull distribution, which is conducted by using WindPRO, show that annual mean wind speed at 30 meters is 4,55 m/s, monthly mean wind speed takes its maximum value in January and minimum value in October. Seasonally speaking, the mean wind speed becomes a maximum in winter but takes it?s a minimum in the summer. Weibull parameters k and c for annual analyses have been calculated as 1,81 and 5,12 m/s, respectively. Meanwhile, mean annual power density has been calculated as 121,01 W/m2 Mean annual power density of wind takes its maximum value in January and its minimum value in October, as expected.Electricity analyses of a wind power plant for Sakarya-Esentepe region show that the most suitable fields for a wind farm are Tahtalık, Semercik and Çakırlıgeçit Tepe regions. Fuhrlander FL 2500 RT wind turbine with 2,5 MW nominal power, 160 m hub height and 100 m rotor diameter is the best candidate among the present turbines for the mentioned fields. If this type of turbine is employed in the proposed wind energy farm, consisting of 6 wind turbines with 15 MW installed capacity, total electricity produced will be 26658 MWh. In this case the capacity factor has been determined as 20,3 %.Moreover, for the specified installed capacity RES economic analysis has been performed. Analysis results, the unit cost of energy production by years was determined. The payback period of the investment has been estimated as 15 years and 3 months.