Doğada hızlı ve çevik hareket eden canlıların yüzey özelliklerinin rüzgâr türbini kanatlarına uygulanması ve aerodinamik performansa etkileri
Wind turbine blade application of surface characteristics of fast and agile creatures in the nature and their effects on aerodynamic performance
Yazar: YASİN FURKAN GÖRGÜLÜ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ARİF ÖZGÜR
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerji ihtiyacı nüfus artışı ve buna paralel olarak tüketim ve üretimdeki artışla birlikte sürekli artış eğilimindedir. Fosil kaynaklı yakıtların rezervlerinin azalmakta olması ve olumsuz çevre etkileri nedeniyle, yenilenebilir enerji kaynaklarına eğilim artmaktadır. 2018 dünya toplam elektrik enerjisi üretiminin; %11'lik bölümü yenilenebilir enerji kaynaklarından, %10'u nükleer enerjiden, %23'ü doğal gazdan, %38'lik bölümü kömürden ve %3'lük bölümü ise petrolden sağlanmıştır. Bunun yanında 2018 yılı dünya yenilenebilir enerji kaynakları dağılımının, %62'lik bölümünün hidroelektrik santrallerinden, %18'lik bölümünün rüzgâr türbinlerinden, %4'lük bölümünün jeotermal, biyokütle ve diğer yenilenebilir kaynaklarından ve %2'lik kısmının güneş enerjisi santrallerinden sağlanmıştır. 2018 yılı itibarı ile, dünya elektrik üretiminin ancak %11'lik bölümü yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanmış olup; yatırım bedellerinin yüksekliği, altyapı yetersizlikleri, uygulamadaki zorluklar ve bakım maliyetlerinin yüksekliği gibi nedenlerden dolayı, yenilenebilir enerji yatırımları yavaş ilerlemektedir. Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde önemli bir paya sahip ve dünya çapında yatırımların sürekli artış gösterdiği rüzgâr türbinlerinin aerodinamik performanslarının geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Mevcut rüzgâr türbin kanatlarının yüzeylerine; doğada hızlı ve çevik hareket eden bazı canlıların kanat ve yüzey figürleri uygulanmıştır. 5 farklı canlının yüzey ve gövde figürleri, model olarak hazırlanan kanat yüzeyine aktarılarak, referans olarak alınan düz yüzeyli kanat ile karşılaştırmaları yapılmıştır. Deneyler sonunda; Gökdoğan kanadı figürlü kanat yüzeylerinin referans olarak alınan düz yüzeyli kanada göre oldukça ayırt edilebilir aerodinamik performans sağladığı sonucuna ulaşılmıştır. Kanada etki eden kaldırma ve sürükleme kuvvetleri oranı verileri bazında değerlendirildiğinde ve ortalama değerlerle referans kanada göre; yaklaşık %9'luk performans artışı olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
The energy need is increasing with the increase of the consumption, production and as well as population. Limited reserves of fossil fuels and their use in energy generation leads the world to use alternative energy sources. Even though there is a trend in using renewable energy sources, fossil fuels have not been eliminated and replaced yet. In order to achieve this, efforts are still underway on how to increase the performance of existing energy generation methods and discovering new generation energy generation technologies. Besides; In 2018, the world's total electrical energy generation; 10% is provided from renewable energy sources, 10% from nuclear energy, 23% from natural gas, 38% from coal and 3% from petrol. It is known that the distribution of world renewable energy resources in 2018 is provided by 62% of hydroelectric power plants, 18% from wind turbines, 4% from geothermal biomass and other renewable sources, and 2% from solar power plants. As of 2018, only 11% of the world's electricity generation is provided by renewable energy sources. Renewable energy investments are progressing slowly due to reasons such as high investment costs, infrastructure inadequacies, difficulties in implementation and high maintenance costs. In this study, it has been studied to improve the aerodynamic performance of wind turbines, which have a significant share among renewable energy sources and have continuous and constantly increasing investments throughout the world. Wing and body surface figures of fast and agile living things were applied on existing wind turbine blade surfaces. The surface and body figures of 5 different creatures were transferred to the reference blade which has a flat surface and comparisons were made. At the end of the experiments; It has been concluded that the figured blades with the Peregrine Falcon wing provided quite distinctive aerodynamic performance compared to the reference wing. When the ratio of lift and drag forces acting on the wing is evaluated on the basis of data and the average values are compared to the reference; It has been calculated that there is a 9% performance increase approximately.