Rüzgar enerjisi sistemlerinde optimizasyon
Optimization of the wind power systems
Yazar: FATMA İKBAL TEMİZ
Danışman: PROF. DR. AYTEN KUNTMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Rüzgar türbinleri = Wind turbines

Özet:
Enerji, insanlığın varolusundan bugüne kadar hayatın vazgeçilemez bir parçasıolmustur. Özellikle elektrik enerjisi, günümüzde tartısmasız bir öneme sahiptir. Gelisenteknolojiye paralel olarak ortaya çıkan çağdas gereksinimlerden dolayı gün geçtikçeartan elektrik enerjisi ihtiyacı, elektrik üretiminde kullanılan fosil yakıt kaynaklarınınsınırlı ve yakın zamana kadar tükenecek olması (atom enerjisinin kaynağı olanuranyumun 50 yıl, petrolün 44 yıl, doğal gazın 64 yıl ve kömürün de 185 yıl sonratükenecek olması tahmin ediliyor), bu kaynaklardan elektrik üretirken çevreye verilenzararlar ve bu zararların küresel ısınmanın en büyük sebebi olması, insanoğlunu yenienerji kaynakları aramaya itmistir. Bunun sonucunda doğal (yenilenebilir) enerjikaynaklarına yönelme olmustur. Yenilenebilir enerji kaynakları tüm dünyada giderekartan bir ilgi ile karsılanmakta ve enerji gereksiniminin karsılanmasında önemlikaynaklar olarak görülmektedir.Elektrik üretiminde yenilenebilir enerji kaynaklarından rüzgar enerjisi kullanımı, dünyagenelinde ve ülkemizde artmaktadır. Rüzgar enerjisi santrallerinin kullanımının vekapasitesinin artmasıyla, rüzgar türbinlerinden elde edilen gücün kalitesi önemkazanmıstır. Güç kalitesinin artması için türbin, kurulacak bölgeye ve bölgenin rüzgarsartlarına uygun sekilde tasarlanmalı ve optimizasyonu yapılmalıdır. ılk kez 1891'deDanimarka'lı mühendis Paul Lacour'un rüzgar türbininden elektrik elde etmesinden buyana geçen süre içinde rüzgar türbinlerinde değisik tasarımlar ve farklı kombinasyonlarkullanılmıstır.Bu tez çalısmasında, rüzgar enerjisinden elektrik üretim sistemleri, rüzgar türbinleri vetasarım parametreleri ayrıntılı olarak incelenmis, Marmara bölgesinde etkinçalısabilecek, bu bölgelerin rüzgar sartlarına uygun yatay eksenli bir rüzgar türbinitasarımı yapılmıstır. Rüzgardan enerji elde etme prensipleri ve rüzgar türbinlerinintarihsel gelisimi anlatılmıs, yatay eksenli rüzgar türbinlerinde güç üretimini ve rotorboyutlarını etkileyen faktörler açıklanmıstır. Buradan yola çıkarak, rüzgar türbinitasarımındaki faktörler belirtilmistir. Rotor boyutları hesaplama yöntemleri ayrıntılıolarak ele alınmıs ve rotor tasarımı için gerekli hesaplar yapılmıstır. Hesaplamalarda veparametrelerin belirlenmesinde bazı kabuller yapılmıstır.Bölgenin ortalama rüzgar hızının, Kocaeli Meteoroloji Müdürlüğü aylık rüzgar hızıverilerine göre orta kuvvette ve sayısal olarak 7.8 m/s olduğu belirlenmis, bu rüzgarhızına uygun jeneratör seçimi ve rotor, kanat, kule boyutlarının hesapları yapılmıstır.Bölgenin rüzgar hızı orta verimli olduğundan orta güçlü 500 kW gücünde rüzgar türbinitasarımı için gerekli hesaplar yapılmıstır.

Abstract:
Energy has been a indispensable part of the life so far from human existence. Especiallyelectrical energy today has an important dispute. Because of; electricity consumptionincreasing day by day parallel to technological developments, fossil fuels used in theelectricity generation will be exhausted till near future (it is estimated that uranium will50 years, oil 44 years, natural gaz 64 year and coal 185 year later be exhausted),bringing damage during electricity generation from these fuels, and these damages aremajor cause of global warming and climate changes, people have began to seeking newenegy sources. As a result of this seeking, people are tending to nature (renewable)resources because renewable sources are boundless and nonpolluting energy sources.Renewable energy sources are being interested worlwide and considered as importantenergy sources for meeting the demands for electricity and other energy demands.One of renewable energy sources of wind energy usage is growing worlwide andTurkey for electricty generation. As increase in wind farm installation and theircapacity, generated power?s quality become important parameter. To improve the powerquality, wind turbine should be designed and optimized for where it will be installedand that regions?s wind capacity. From 1891, when Danish engineer Paul Lacour firstgenerate electricity from wind turbine, to today different designs and combinations areused in the wind turbines.In this thesis, systems of power generation from the wind energy, wind turbines anddesign parameters are analysed in detail and horizontal axis wind turbine was designedthat will operate in Marmara region sufficiently and suitable for wind conditions of thisregion. Principles of power generation from wind and wind turbines historicaldevelopment are explained, and the factors influencing the power and dimensions ofhorizontal axis wind turbines are explained. From this, the most important factors fordesign of a wind turbine are identified. Calculation of rotor dimensions analysed indetail and calculations for rotor design was performed. Some acceptances was takeninto account for calculations and determination of the parameters.Wind velocity of this region is in medium level and numerically avarage 7.8 m/saccording to the datas from meteorology statation of Kocaeli. Generator and rotorselection and tower size was selected in accordance to the site?s wind conditions.Because of the site?s wind capacity is in medium level, 500 kW capacity (mediumpower range) wind turbine was designed with necessary calculations.