Su dalgası enerjisinden doğrusal generatörlü elektrik üretim sisteminin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of linear generator electricity generation system from water wave energy
Yazar: YUSUF GÜRCAN ŞAHİN
Danışman: DOÇ. ÖZCAN ATLAM
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Enerji = Energy ; Teknik eğitim = Technical education

Özet:
Modern hayatın vazgeçilmez unsuru olan enerji, günümüzde en çok fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Bu kaynakların gerek temin edilmesi gerek kullanılması sırasında üstesinden gelinmesi gereken durumlar, farkında olunsun ya da olunmasın bireylerin sosyal hayatına etki etmekle kalmamakta aynı anda gezegenimizin de kirlenmesine neden olmaktadır. Bu yüzden araştırmacıların yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesi son derece olumlu ve desteklenmesi gereken bir eylemdir. Benzer şekilde ülkemizde de özellikle güneş ve rüzgâr enerjisi alanında çalışılmaktadır ancak yüksek enerji yoğunluğuna rağmen dalga enerjisi sadece ülkemizde değil, bütün dünyada ihmâl edilmiştir. İlk ciddi çalışmaların geçtiğimiz son 40-45 yıl içinde yapıldığına dikkat edersek, bu alanda keşfedilecek çok şey olduğunu düşünebiliriz. Dalga enerjisi tesislerinin çok farklı topolojisinin olması da henüz optimum noktanın bulunamadığını dile getirmeye delalet edebilir. Ülkemizin, okyanusa kıyısı olmasa da 8333 km bir kıyı şeridi vardır. Dolayısıyla ülkemiz dalga enerjisinden yararlanabilir. Bu bilgiler doğrultusunda, klasik imalat yöntemleri ve laboratuvarda yapılan bir üç boyutlu yazıcı kullanılarak elde edilen parçalarla doğrusal generatörlü minyatür bir noktasal emici modeli geliştirilmiştir. Parametrelerinin incelenmesine yönelik yapılabilecek deneyler tasarlanmıştır. Şamandıra-generatör sistemine kaldıraç eklenerek aktarılan gücün kuvvet- hız karakteri incelenerek modeli çıkarılmış ve model ile deney karşılaştırılmıştır. Sinüs karakterindeki bir su salınımının mekanik bileşenlerinin sinüs kare dönüşümü vasıtasıyla elde edilmesi önerilmiş ve bununla birlikte enerji dönüşümü sistemlerinin modellenmesinde kullanılabilecek bir yaklaşım uygulamalı olarak örneklendirilmiş, elde edilen model ile deney karşılaştırılmıştır. Bu çalışma, yedi bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, dalga enerjisi kavramının hem dünyadaki hem de ülkemizdeki potansiyeli gösterilmiş, tarihsel gelişimi ve öncü teknolojileri tanıtılmıştır. İkinci bölümde, sistemde kullanılan generatörler test edilerek düşük de olsa üretilen enerjinin takip edilip incelenebileceği gösterilmiş ve bununla birlikte büyük bir generatör tasarlanarak imal edilmiş ve parametreleri belirlenmiştir. Üçüncü bölümde deney tankı tanıtılmıştır. Dördüncü bölümde, su salınımının enerji bileşenlerinin tespitine yönelik, sinüs dalgasının kare dalgaya dönüştürülerek hesaplanması önerilmiştir. Beşinci bölümde, enerji dönüşümü yapan sistemlere uyarlanabilecek bir modelleme yaklaşımı gösterilmiş, yaklaşım deneysel olarak test edilmiştir. Altıncı bölümde, su duba generatör ilişkisi incelenmiştir. Yedinci bölümde sonuç olarak, yenilenebilir enerji eğitimine katkı verecek bir deney seti tasarlanarak su dalga enerjisi özelinde hem deneysel hem de matematiksel bir inceleme yapılmıştır. Sinüs – kare dönüşümü genlik ilişkisi gösterilmiş, kaldıraç içerecek şekilde güç aktarımı modellenmiştir. Enerji dönüşümü sistemlerinin modellenmesinde kullanılabilecek bir yaklaşım tanıtılmış ve su, duba, generatör ilişkisi gösterilmiştir.

Abstract:
Energy, which is an indispensable element of modern life, is mostly supplied from fossil fuels. The circumstances needed to be overcome during either the provision or use of these resources not only affect the social life of individuals, whether they are aware or not, but also cause pollution of our planet. Therefore, the fact that researchers around the world have interested in renewable energy sources is an extremely positive and need to be supported. Similarly, very important studies are being carried out especially in the field of solar and wind energies in our country, but despite high energy density, wave energy has been neglected not only in our country but also in the whole world. The fact that wave energy conversion plants have hundreds of different topologies can also be used to indicate the optimum point has not yet been found. Our country has a coastline of 8333 kilometers, although it does not have an ocean shore. Therefore, our country can benefit from wave energy technology. Starting from this, a miniature point absorber model with linear generator has been developed with the parts obtained by using conventional manufacturing methods and a 3D printer manufactured in the laboratory. Experiments that can be done to examine the system parameters are designed. The model of the force-speed character of the transferred power by adding lever to the buoy-generator system was examined and the model was compared with the experiment. It has been proposed that the mechanical components of a sine-like water oscillation be obtained by sinus-square transformation, and an approach that can be used in the modeling of energy conversion systems is exemplified practically and the obtained model is compared with the experiment. This study consists of six chapters. In the first chapter, the potential of wave energy concept both in the world and in our country is shown and its historical development and leading technologies are introduced. In the second chapter, the generators used in the system have been tested and shown to be able to monitor and examine the energy produced, albeit low, however, a large generator has been designed and manufactured and its parameters determined. In the third chapter, the test tank is introduced. In the fourth chapter, it is proposed to calculate the water oscillation by converting the sine wave to square wave for the determination of energy components. In the fifth chapter, a modeling approach that can be adapted to energy conversion systems is shown and the approach is tested experimentally. In the sixth chapter, the relationship between water buoy and generator is examined. In the seventh chapter, as a result, an experimental set that will contribute to renewable energy education has been designed and an experimental and mathematical analysis has been carried out for water wave energy. Sine - square transformation amplitude relation is shown and power transfer model is used to include lever mechanism. An approach that can be used in modeling of energy conversion systems is introduced and the relationship between water, buoy and generator is shown.