Yarı batık açık deniz yüzer rüzgar türbin platformunun hidrodinamik davranışı
Hydrodynamics response of semi-submersible floating wind turbine
Yazar: MEHMET UTKU ÖĞÜR
Danışman: PROF. DR. YALÇIN YÜKSEL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kıyı ve Liman Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji son yıllarda önemini artırmaktadır. Çünkü gerek iklim değişikliği gerekse dünya kaynaklarının her geçen gün azalması bu tür enerji kaynaklarına yönelik çalışmaları önemli hale getirmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında rüzgâr enerjisi özellikle gelişmiş ülkelerde yatırımın en fazla yapıldığı enerji kaynakları arasında sayılmaktadır. Rüzgâr enerjisindeki verimliliğin artırılması amacıyla yatırımlar özellikle rüzgâr enerjisinden daha fazla faydalanmak ve çevresel etkilerini azaltabilmek için kıyı ve açık deniz alanlarında planlanmaktadır. Ancak kıyı alanlarında kurulu sabit temelli rüzgar türbin teknolojisi 60 m'den daha derin sularda ekonomik olmamaktadır. Bu nedenle daha derin açık denizlerde yüzer türbin uygulamaları son yıllarda yapılmaya başlanmıştır. Ancak bu alandaki tartışmalar ve araştırmalar halen devam etmektedir. Açık denizdeki yüzer türbinler kıyı alanlarındaki sabit temelli türbinlerden daha maliyetli olmaktadırlar. Bu maliyeti düşürebilmek için açık denizdeki yüksek rüzgar potansiyelinden daha fazla yararlanabilmek amacıyla daha büyük türbinler inşa edilmektedir. Bundan dolayı bu türbinleri taşıyan yüzer platform tasarımları günümüzde önemli bir araştırma konusu olmuştur. Bu çalışmada, açık deniz koşullarında planlanabilecek yeni tip bir yarı batık yüzer rüzgar türbini tasarımı yapılmıştır. Özgün tasarım yüzer rüzgar türbin platformu; üç adet altında silindir olan kesik koni şeklindeki şamandıradan oluşmaktadır. Bu üç şamandıranın ortasına kule yerleştirilmiştir ve tüm bileşenler birbirine çapraz elemanlarla bağlanmıştır. Bu tasarımın 1:50 ölçekli fiziksel modeli oluşturulmuş ve Yıldız Teknik Üniversitesi Hidrodinamik Araştırma Laboratuvarı'nda mevcut dalga baseninde deneysel testleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde Froude ölçek kanunu kullanılmıştır. Platforma balast eklenerek modelin su çekimi arttırılmıştır. Bir balastsız ve iki adet farklı ek balasta sahip toplamda üç adet farklı su çekiminde model oluşturulmuştur.  Tüm testler farklı su çekimine sahip üç model için de yapılmıştır. İlk önce serbest salınım testleri yapılmıştır. Sonrasında farklı periyottaki ve dalga yüksekliğindeki düzenli dalga testleri yapılarak modelin karakteristik özellikleri belirlenmiştir. Son olarak sırf dalga ve dalga-rüzgar kombinasyonunda tasarım ve ekstrem koşullardaki düzensiz dalga testleri yapılmıştır. Testler sırasında modelin altı serbestlikteki hareketinin verisi ve modeli zemine bağlayan üç adet gevşek bağlı halatta oluşan kuvvet verisi alınmıştır. Alınan veriler çeşitli yöntemlerle işlenmiş ve analiz edilmiştir. Testler kendi içinde ve farklı su çekimine sahip diğer modellerle karşılaştırılmıştır. Model ölçeğinde 275 mm su çekimine sahip modelde optimum sonuçlar görülmüştür.

Abstract:
Renewable energy has been increasing its importance in recent years. Because both climate change and the ever-decreasing world resources have made studies on such energy resources important. Among the renewable energy sources, wind energy is the energy source where the most investment is made, especially in developed countries. In order to increase the efficiency of wind energy, investments are planned especially in coastal and offshore areas to benefit more from wind energy and reduce its environmental impacts. However, fixed bottom wind turbine technology installed in coastal areas is not economical in waters deeper than 60 m. For this reason, floating turbine applications in deeper open seas have begun to be made in recent years. However, discussions and research in this field still continue. Floating turbines offshore are more costly than fixed bottom turbines in coastal areas. In order to reduce this cost, larger turbines are being built to benefit more from the high wind potential offshore. For this reason, floating platform designs carrying these turbines have become an important research topic today. In this study, a new type of semi-submersible floating wind turbine that can be planned in open sea conditions was designed. Novel design floating wind turbine platform; It consists of three truncated cone-shaped buoys with a cylinder underneath. The tower is placed in the middle of these three buoys and all components are connected to each other with cross members. A 1:50 scale physical model of this design was created and experimental tests were carried out in the existing wave basin at Yıldız Technical University "Hydrodynamics Research Laboratory". Froude scale law was used in the experiments. By adding ballast to the platform, the water draft of the model was increased. A total of three models were created at different drafts, one without ballast and two with different additional ballast. All tests were carried out for three models with different drafts. First, free decay tests were performed. Afterwards, the characteristic features of the model were determined by performing regular wave tests at different periods and wave heights. Finally, irregular wave tests were carried out in only wave and wave-wind combination design and extreme conditions. During the tests, data on the six degree of freedom movement of the model and the force data on three catenary tied ropes connecting the model to the ground were taken. The received data was processed and analyzed by various methods. The tests were compared within each other and with other models with different drafts. At model scale, optimum results were seen in the model with 275 mm draft.