Girdap kaynaklı titreşimler ile rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretimi
Electrical energy generation from wind energy by vortex-induced vibrations
Yazar: UTKU AYBEY
Danışman: DOÇ. DR. KORAY ÜLGEN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı / Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Ayrık girdap yöntemi = Discrate vorteks method ; Dikey eksenli rüzgar türbini = Vertical axis wind turbine ; Mekanik enerji = Mechanical energy ; Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Titreşim = Vibration ; Vorteks = Vortex

Özet:
Teknoloji, sanayi, ulaşım, iletişim gibi sektörler günlük hayatımızın vazgeçilmez birer parçasıdır. Bu nedenle enerji günümüzün en önemli ve güncel konularından biridir. 2018 yılı küresel enerji istatistikleri dikkate alındığında Dünya genelinde kullandığımız elektrik enerjisinin %38'i kömür, %23'ü doğal gaz gibi fosil yakıtlardan üretilmektedir. Kullanılan fosil kaynakların tükenebilir olması ve çevreye verdiği zararlar bilinen bir gerçektir. Dünya nüfusunun her geçen gün artmasına paralel olarak yükselen enerji ihtiyacı insanoğlunu daha temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarını kullanmaya yöneltmiştir. Ülkemizde 2018 yılında elektrik enerjisi %37,3 kömür ve %29,8 doğal gaz olmak üzere %67,1'lik kısım fosil yakıtlardan üretilmiştir. Oysa ülkemiz yenilenebilir enerji potansiyeli açısından zengin bir konumdadır. Bu potansiyel, gelişen teknoloji ile maliyetlerin düşmesi sonucu ticari amaçlı yenilenebilir enerji yatırımları ile değerlendirilmektedir. 
Son yıllarda rüzgâr kaynaklı elektrik üretimi ile ilgili yeni yaklaşımlara büyük ilgi duyulmakta ve özellikle küçük boyutlarda karlı olabilen ve kurulumu geleneksel rüzgâr türbinlerine göre daha kolay olan teknolojiler dikkat çekmektedir. Bu konuda yapılmakta olan birçok çalışma akışkan ve elastik yapılar arasındaki etkileşimin yarattığı, "Akış Kaynaklı Titreşimler" adı verilen, salınımlara dayanmaktadır. Bu olay yıkıcı etkileri nedeniyle mühendisliğin bazı alanlarında uzun süredir inceleniyor olsa da enerji dönüşümü ile alakalı gerçek potansiyelleri hala tartışılmaktadır.
Bu tez çalışmasının amacı enerji üretiminde bu akışkan-yapı etkileşimlerinin özelliklerini ve potansiyellerini araştırmak, özellikle girdap kaynaklı titreşimlere (vortex-induced vibrations) odaklanmaktır. Yine bu tez kapsamında, günümüzde temiz ve yenilenebilir enerji üretimi için yaygın olarak kullanılan yatay eksenli rüzgâr türbinlerine alternatif bir enerji üretim sistemi olabilecek kanatsız rüzgâr türbini çalışması yapılmıştır. Bu bakımdan girdap kaynaklı titreşimlerin matematiksel ve fiziksel modelleri ile sistemin çeşitli parametrelerine duyarlılıklarının detaylı analiz çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında veriler geleneksel rüzgâr türbin verileri ile karşılaştırılmış, avantaj ve dezavantaj yönünden yorumlar yapılmıştır.

Abstract:
Sectors such as technology, industry, transportation and communication are essential parts of our daily life. Therefore, energy is one of the most important and today's issue. Considering the 2018 global energy statistics, the electrical energy we use worldwide is produced from fossil fuels such as coal (38%) and natural gas (23%). It is a known fact that the fossil resources are exhaustible and also using those resources damaging the environment. The increasing need of energy in parallel with the increase of the world population day by day has led human beings to use cleaner and more sustainable energy resources. In our country, in 2018, 67.1% of electrical energy was produced from fossil fuels, 37.3% coal and 29.8% natural gas. However, in terms of renewable energy potential, our country is in a rich position. This potential is utilized with commercial renewable energy investments as a result of the reduction of costs with developing technology 
In recent years, there has been great interest in new approaches to wind-based electricity generation, especially new technologies that can be profitable at small sizes and easier to install than conventional wind turbines. Within this scope, many studies are based on oscillations called "Flow-Induced Vibration" created by the interaction between fluid and elastic structure. Although, because of its destructive effects, this phenomenon has been studied for a long time in different areas of engineering such as civil and mechanical engineering and even architecture. But its true potential regarding energy conversion are still debated. 
The aim of this thesis is to investigate the properties and potentials of these fluid-structure interactions in energy production, especially focusing on vortex-induced vibrations. Also, within this thesis, a bladeless wind turbine study was carried out as an alternative energy generation system to horizontal axis wind turbines, which are widely used today for clean and renewable energy generation. In this respect, detailed analysis studies of the sensitivity of the system to various parameters with the mathematical and physical models of the vortex-induced vibrations have been carried out. In the light of the results obtained, the data were compared with conventional wind turbines data and comments were made in terms of advantages and disadvantages.