Yüzer açık deniz rüzgâr türbinleri hareket analizi ve performans üzerinde etkisi
Floating offshore wind turbines motion analysis and its effect on performance
Yazar: SELAHATTİN ALP ERKURTULMUŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE PEŞMAN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Açık deniz platformları = Offshore platforms ; Bulanık analitik hiyerarşi süreci = Fuzzy analytical hierachy process ; Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Dikey eksenli rüzgar türbini = Vertical axis wind turbine ; Rüzgar enerjisi = Wind energy

Özet:
Gelişen teknolojiye paralel olarak ortaya çıkan gereksinimlerin artmasından dolayı her geçen gün artan elektrik enerjisi tüketimi, üreticileri ve kullanıcıları yeni ve çevreye uyumlu enerji kaynakları aramaya zorlamaktadır. Sonsuz enerji potansiyeli ve sürekliliği sebebiyle rüzgâr enerjisi, elektrik üretimi için yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak dünya çapında sıkça tercih edilmektedir. Denizlerdeki basınç farklarının ve dolayısıyla rüzgâr kuvvetinin karalara oranla daha fazla olması ve iklim etkileri nedeniyle açık deniz rüzgâr santralleri sayısı ve ölçeği artmaktadır. Ülkemizde henüz kurulu bir yüzer açık deniz rüzgâr enerjisi platformu ve santrali bulunmaması nedeniyle gerçekleştirilen çalışmanın literatürde bu açığı kapatacağı beklenmektedir. Bu çalışmada, yüzer açık deniz rüzgâr enerjisi türbininin belirli bir deniz derinliğinde, belirli çevresel ve dinamik yükler altında hareket analizleri gerçekleştirilmiş ve bu hareketlerin performans üzerindeki etkileri incelenmiştir. İlk olarak Coğrafi Bilgi Sistemleri ve bulanık AHP kullanılarak yüzer açık deniz rüzgâr enerjisi türbini için alternatif çalışma bölgesi olarak Çanakkale Gelibolu yarımadası ile Gökçeada arasında kalan bölge belirlenmiştir. Sonra, bölgenin rüzgâr verileri ile türbin seçimi gerçekleştirilmiştir. Platform seçimi için açık kodlu türbin-platform konseptlerinin aerodinamik ve hidrodinamik yükler altında karşılaştırması yapılmıştır ve 10MW'lık DTU rüzgâr türbini ile LIFES50+ OOStar yarı-batık platformu seçilmiştir. Seçilen platform ve türbinin alternatif uygulama bölgesinde analizleri FAST paket programı yardımıyla nümerik olarak analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra farklı çalışma koşulları altında seçilen türbin platform konseptinin davranışları incelenmiş, sonuçları sunulmuştur. Son olarak ise belirlenen bölgeye kurulabilecek bir rüzgâr santralinin LCOE yöntemi ile maliyet analizi gerçekleştirilmiş ve yatırımın uygunluğu tartışılmıştır. Böylece kurulumu gündemde olan açık deniz rüzgâr enerjisi platformları için bir ön fizibilite çalışması gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The ever-increasing electrical energy consumption due to the increasing requirements arising in parallel with the developing technology forces manufacturers and users to seek new and environmentally compatible energy sources. Due to its endless energy potential and continuity, wind energy is frequently preferred worldwide as a renewable energy source for electricity generation. The number and scale of offshore wind farms are increasing due to the fact that the pressure differences in the seas and thus the wind force are higher than the land and due to the climate effects. Since there is neither floating nor fixed offshore wind energy platform and power plant installed in our country yet, it is expected that the study will close this gap in the literature. In this study, floating offshore wind turbine's motion analyzes were carried out at a certain sea depth, under certain environmental and dynamic loads, and the effects of movements on performance were investigated. First, the region between Çanakkale-Gelibolu and Gökçeada was determined as an alternative study area for the floating offshore wind turbine using Geographic Information Systems and Fuzzy-Analitical Hierarchy Process. Then, turbine selection was carried out with the wind data of the region. Fort he platform selection, open-sources platform types and turbines were compared under aerodynamic and hydrodinamic conditions, and LIFES50+ OO Star type semi-submersible platform and 10MW DTU wind turbine are chosen. The platform and turbine coupled dynamic analysis are performed numerically in the alternative work site with FAST package program. Then, the dynamic behavior of platform motion under different operating conditions was examined and results are discussed. Finally, the cost analysis of wind farm that can be instaled in the determined region was carried out with the LCOE method and the suitability of the invesment was discussed.Thus, a pre-feasibility study was performed for offshore wind energy platforms which are on the agenda.