Kütahya rüzgar karakteristiğinin istatistiksel analizi ve elektrik üretimine uygulanabilirliği
Statistical analysis of wind characteristic of kütahya and electricity production applicability
Yazar: MUSTAFA ARİF ÖZGÜR
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN KÖSE
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
KÜTAHYA RÜZGAR KARAKTER ST Ğ N N STAT ST KSEL ANAL Z VEELEKTR K ÜRET M NE UYGULANAB L RL ĞMustafa Arif ÖZGÜRÖZETToplumların kalkınmasında en önemli parametrelerden biri olan enerjinin; temiz,ekonomik, sürekli ve kesintisiz bir şekilde, güvenilir bir arz sistemi ile karşılanması tümülkelerin gündeminde olan bir konudur. Bu koşullar altında, çevreye karşı duyarlı vesürdürülebilir enerji kaynaklarının kullanımına gereksinim vardır. Ancak birinci öncelikenerjide dışa bağımlılık oranını minimize etmek için yerel kaynakların kullanımıüzerindedir. Bu nedenle; ülkeler, fosil yakıtların tüketimini azaltacak, rüzgar, jeotermal,hidrolik, güneş, biyokütle ve dalga enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarınayönelecek enerji politikaları arayışına gitmektedirler. Bu kaynaklar içerisinde kullanımve teknolojik bakımdan en hızlı gelişme ise rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerindegörülmektedir. Bu bakımdan ülkemiz için önemli bir potansiyel teşkil eden rüzgarenerjisinin artan ölçülerde kullanılması; enerji sorununun çözümüne, ülke ekonomisineve çevre kirliliğinin azaltılmasına büyük ölçüde katkı sağlayabilir.Bu çalışmada, alternatif ve temiz bir enerji kaynağı olarak bütün dünyada önemkazanan rüzgar enerjisinden yararlanma olanakları araştırılmıştır. Bu amaçla, KütahyaDumlupınar Üniversitesi Merkez Kampus alanı içerisinde bulunan Bünelek Tepe,rüzgar ölçümü için uygun arazi olarak belirlenmiş ve bu bölgeye rüzgar ölçümistasyonu kurulmuştur. Bölgeye kurulan istasyondan; Temmuz 2001-Haziran 2004tarihleri arasında 36 ay boyunca rüzgar verileri, CallAlog 02 yazılımı vasıtasıyla alınmışve alınan bu veriler çeşitli istatistiksel yöntemlerle değerlendirilmiştir. Alınan verilerindeğerlendirilmesinde; Maksimum Olabilirlik Tahmini (MLE), En Küçük KarelerYöntemi (LSM) ve Robust Asimetrik Dağılım Parametre Tahmini (RADPE) parametrekestirim tekniği olarak kullanılmıştır. Bu parametre kestirim teknikleri ile olasılıkyoğunluk fonksiyonu olarak; Weibull, Lognormal ve Gamma dağılımları test edilmiştir.Alınan veriler ile yapılan testler neticesinde, RADPE parametre kestirim tekniği veLognormal olasılık yoğunluk fonksiyonunun seçilen bölge için daha iyi sonuçlar verdiğigörülmesine karşın enerji hesaplamaları yapılırken, parametre kestirim tekniği olarakMLE ve olasılık yoğunluk fonksiyonu olarak Weibull dağılımı kullanılmıştır. Bununnedeni, rüzgar enerjisi potansiyelinin hesaplanmasında kullanılan mevcut yazılımların,farklı parametre kestirim teknikleri ve farklı olasılık yoğunluk fonksiyonları seçimineolanak vermemesidir.Çalışmada, MLE parametre kestirim tekniği ve Weibull olasılık yoğunlukfonksiyonuna göre ALWIN yazılımı ile bölgenin rüzgar enerji potansiyelihesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalarda; ölçümlerden elde edilen yıllık ortalama rüzgarhızı 4,80 m/s, Weibull ölçek parametresi (c) 5,36 m/s, şekil parametresi (k) 1,58 vebölgenin güç yoğunluğu 53-61 W/m2 olarak bulunmuştur. Bunun yanısıra rüzgargözlem istasyonundan alınan veriler kullanılarak, 6 farklı rüzgar türbini imalatçısının 26farklı modeldeki türbinlerinin katalog değerleri ile bölgeden üretilebilecek elektrikenerjisi ve kapasite faktörleri hesaplanmıştır.Rüzgardan elektrik enerjisi üretimi için, bölgeden elde edilen rüzgar verilerinegöre sahaya kurulması düşünülen rüzgar türbininin maliyet analizi yapılmıştır. Yapılananalizde, Dumlupınar Üniversitesi Merkez Kampusunün elektrik ihtiyacınınkarşılanması amacıyla belirlenen rüzgar türbini modeline göre enerji üretim maliyeti,öngörülen kabuller ile 8,02 USCent/kWh olarak hesaplanmış ve bu maliyete göresistemin kendisini 17,55 yılda geri ödeyeceği belirlenmiştir.Sonuç olarak; bölge rüzgar karakteristiğinin istatistiksel değerlendirilmesi veyapılan maliyet analizi, bölgede rüzgar santralından elektrik enerjisi üretiminin mevcutteknolojiye göre şu an ekonomik olmadığını göstermektedir. Gelecekte ise; elektrikenerjisi alanında rüzgar enerjisi kaynaklarının kullanımını özendirecek teşvikuygulamaları, toplumsal fayda ön planda tutularak yapılacak yasal düzenlemeler,malzeme bilimindeki gelişmeler, rüzgar türbini ekipmanlarının teknolojik gelişimi veseri üretimlerinden dolayı maliyetlerinin düşmesi sayesinde bölgede rüzgar enerjisindenelektrik üretiminin mümkün olabileceği söylenebilir.Anahtar Kelimeler: statistiksel Rüzgar Dağılımı, Kütahya, Maliyet Analizi,Rüzgar Enerjisi, Rüzgar Karakteristiği, Rüzgar Türbini.

Abstract:
STATISTICAL ANALYSIS OF WIND CHARACTERISTIC OF KÜTAHYAAND ELECTRICITY PRODUCTION APPLICABILITYMustafa Arif ÖZGÜRSUMMARYEnergy need is a primary issue for all nations and energy is one of the mostimportant parameters that shows the development of societies, in a sustainable,continuous and reliable way. In these stipulations, it is required to use sustainable andenvironment-friendly energy resources. However, the first priority should be given tothe national resources to decrease the dependency on the foreign nations. Therefore,nations dwell upon the renewable energy resources such as wind, geothermal, solar,biomass, tidal energy and hydropower, to decrease the use of fossil fuels. The systemsof wind energy conversion have the largest use and have a serious technologicaldevelopment amongst these sources. In this regard, the use of wind energy in anincreasing amount will contribute to decreasing of air pollution and will be useful forthe economy of Turkey.In this study, the possibilities of benefiting from the wind energy, which hasreceived a lot of attention all over the world as an alternative and clean energy source,have been investigated. For this purpose, an available area called Bunelek Hill has beenchosen and a wind measurement station has been installed on this hill. The data hasbeen taken for a period of 36 months between July 2001 and June 2004 from this stationby means of CallAlog 02 software. This data has been evaluated with various statisticalmethods that are used as technique for estimating the parameters such as MaximumLikelihood Estimation (MLE), Least Square Methods (LSM) and Robust AsymmetricDistribution Parameter Estimation (RADPE). Using these techniques, Weibull,Lognormal and Gamma distributions as the density functions of the probability havebeen tested. As a result of these testes, the RADPE technique for estimating theparameters and Lognormal for the density function of the probability are the bestsolutions for the selected region. Although, RADPE and Lognormal are the bestsolutions, MLE technique and Weibull distribution function have been used for thecalculations, since there is no possibility to evaluate the data with software to predict thewind energy potential using the other techniques and other distribution functions.In this study, the wind potential of the region has been calculated with theALWIN software that uses MLE technique and Weibull distribution. From thesecalculations, the average wind speed, Weibull scale parameter (c), shape parameter (k)and power density of the region have been determined to be 4,80 m/s, 5,36 m/s, 1,58and 53-61 W/m2, respectively. Additionally, the potential of electricity generation andcapacity factors have been calculated using the data taken from the station for the valuesof 26 different turbine types of 6 different turbine producer.The cost analysis has also been done using the data from the station for the caseof installing a wind turbine in the region. In this analysis, It has been targeted toproduce enough electricity to meet the electrical consumption of DumlupinarUniversity?s Main Campus. Our research estimates a cost of 8,02 USCent/kWh forelectricity generation has been determined. Hence, the system has a payback period of17,55 years.As a conclusion, the statistical evaluation of wind characteristics and costanalysis show that it is not economical to install a wind power plant in the region withthe recent technologies. In the future, it is expected that the technologies of turbineequipments and material science will be improved; hence, the costs will be reduceddepending on the multiple production. It is also expected that the use of wind energysources will be encouraged and the legal regulations on this subject will be enforced bythe government offices. Therefore, electricity generation will be available in the regionfor the future provided the above conditions are satisfied.Keywords: Statistical Wind Distribution, Kutahya, Cost Analysis, WindEnergy, Wind Characteristic, Wind Turbine.