Evsel elektrik ihtiyacının karşılanması için rüzgar türbini tasarımı
Designing the wind turbine for electricity necessity of house
Yazar: GÖKHAN EMNİYETLİ
Danışman: Y.DOÇ.DR. SEMİH ÜZE
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
ÖZETYüksek Lisans TeziEvsel Elektrik htiyacının Karşılanmasıçin Rüzgar Türbini TasarımıGökhan EmniyetliTrakya ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüÇorlu Mühendislik FakültesiMakina Mühendisliği Ana Bilim DalıRüzgar enerjisinin, Türkiye'deki potansiyel kullanım alanları incelenmiş ve netipte ve büyüklükte türbin kullanılabileceği belirlenmiştir. Daha sonra böyle bir türbininaerodinamik tasarımı saptanıp, beklenen performansı hesaplanmış ve buna bağlı olarakda üretilecek enerjinin maliyetinin ne düzeyde olabileceği öngörülmeye çalışılmıştır.Weibull dağılımı yardımıyla mevcut rüzgar verileri kullanılarak potansiyeliyüksek bölgeler tespit edildi.Türbin güçlerindeki değişime göre maliyet ve rotor süpürme alanlarındadeğişimin ne olduğu incelendi ve diğer bazı faktörlerde göz önüne alınarak türbin gücüolarak 600 kW seçildi. Tasarlanacak türbinin aktif stall kontrollü ve iki hızlı olmasınakarar verildi. Tasarımı yapılacak türbinin rotorundan elde edilmesi gereken gücübelirleyecek olan jeneratör ve aktarma sistemi verimleri belirlenip aerodinamik tasarımageçildi.Aerodinamik tasarımda önce rotorun genel yapısı üzerinde duruldu ve rüzgaryönünde, üç palalı bir türbinde karar kılındı. Türbinin tasarım uç hız oranı 6 olarakbelirlendi. Profil olarak Delft University tarafından geliştirilen DU profilleri kullanıldı.Bu özelliklere sahip ideal pala tasarlandıktan sonra geometride düzeltme yapıldı.Tasarımı yapılan türbinin güç eğrisi ve güç kontrolü için gerekli pala döndürme açılarıbelirlendi. Türbin geometrisi aynı kalmak kaydıyla nominal hıza ulaştığında uç hızoranı 6 değil 5 olacak şekilde çalışırsa elde edilecek yeni rotor çapı ve güç eğrisibelirlendi. Yeni çalışma biçimiyle rotorun çapı 37,5 metreden 44,8 metreye,Bandırma'da pürüzlülük sınıfı 1 olan bölgedeki kapasite faktörü de %25'9 dan %31,8'eyükseldi. Türbinin devir sayısında yapılan bu değişiklik ile enerji üretiminde %23 gibiönemli bir artış sağlanabileceği görüldü.Türbinin performansı ve çeşitli bölgelerde üretmesi beklenen yıllık enerjimiktarları hesaplandıktan sonra, bu yörelerde üretilecek enerjinin birim maliyetinin nedüzeyde olabileceğini bulmak için, EWEA tarafından verilen değerler 5 adet 600kW'lık türbinden oluşacak 3MW'lık bir rüzgar çiftliği üzerinde kullanıldı. Elde edilensonuçlara göre potansiyel olarak ele alınan yörelerde elektrik enerjisi üretiminin birimmaliyetinin 2,8-5,1 cent/kWh arasında değişeceği görüldü.2007, 134 Sayfa.Anahtar Kelimeler : Enerji, rüzgar türbini, profil, uç hız oranı, güç katsayısı.

Abstract:
SUMMARYMaster of Science ThesisDesigning the Wind Turbine forElectricity Necessity of HouseGökhan EmniyetliTrakya UniversityInstitute of ScienceÇorlu Faculty of EngineeringMain Department of Mechanical EngineeringThe potential areas for wind energy applications in Turkey have been researchedand optimum turbine size and type have been determined. Then the aerodynamic designof such turbine has been completed and its performance has been estimated.High potential areas for wind energy applications have been determined usingthe Weibull parametres.Comparing the cost and swept area versus turbine power for different turbinesizes association and considering some other factors, the turbine power has been set as600 kW. The turbine was decided to be designed as an active stall controlled, two-speedturbine. Generator and transmission system efficiencies, which would determine thenecessary rotor power, have been determined and aerodynamic design has beeninitiated.First step of the aerodynamic design was setting the general rotor configurationand an upwind turbine with three blades has been chosen. The design tip speed ratio ofthe turbine was chosen 6. DU airfols of Delft University have been used as bladesection airfoils. After designing the optimum blade with above-mentionedcharacteristics. Power curve and pitch angles for power control were plotted. The rotordiameter and power curve were calculated on condition that turbine geometry wouldstay exactly the same but it would run with a tip speed ratio of 5 instead of 6 at nominalvelocity. The new operation style increased the rotor diameter from 37,5m, to 44,8 mand the on a roughness class 1 site in a Bandırma capacity factor from 25,9% to 31,8% .The aforementioned modification in rotational speed has increased the calculated annualenergy production %23.After calculating the turbine performance and annual energy production inseveral regions. EWEA data on wind turbines and energy production costs were used inorder to calculate the unit energy production cost for a wind farm of 3 MW, whichconsists of 600 kW turbines of 5 in these sites. The results indicated that unit energyproduction cost in potential areas would vary between 2,8-5,1 cent/kWh.2007, 134 pages.Key Words : Energy, wind turbine, profile, tip speed ratio, power coefficient.