Kıyıdan uzak tip dalga enerjisi dönüştürücüsünün deneysel olarak geliştirilmesi
Development of experimental offshore type of wave energy converter
Yazar: PERİHAN KARAKÖSE
Danışman: PROF. DR. AHMET KOCA
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Enerji ihtiyacı hızla artan nüfus ve gelişen teknolojiyle birlikte gün geçtikçe artmaktadır. Enerji kaynaklarının sürdürülebilirliği geçmişten günümüze kadar dünyanın en önemli konularından ve sorunlarından biri olmuştur. Dalgalar güçlü ve sınırsız yenilenebilir enerji kaynağıdır. Bu enerji, dalganın yüzeyinden ya da yüzey altındaki dalgaların basıncından elde edilmektedir. Dalgalanma rüzgârın su yüzeyinde yaptığı salınım hareketidir. Dalga enerjisi dönüştürücü sistemleri (DEDS) bu hareket sonucu oluşan basıncı kullanarak enerji üretirler. Yeryüzünün %70'den fazlası su ile kaplı olması nedeniyle dalgaların sahip olduğu enerji küresel enerji talebinin 1/5'ini karşılayabilecek, yılda 80000 TWh (milyon kWh) üretim potansiyeline sahiptir. Fakat dalga enerjisi dönüşüm sisteminin verimi coğrafya ve rüzgâr koşullarına göre %10 ile %35-40 arasında geniş bir aralıkta değişiklik gösterebilir.
     Bu çalışmanın amacı yüksek potansiyele sahip dalga enerjisinden elektrik enerjisi üretilebilecek dalga enerji dönüştürücüsünün prototip tasarımını, üretimini ve güç dönüşüm sistemini oluşturmaktır. Çalışmada kullanılan güç dönüşüm sistemi dalga yüzeyindeki hareketleri, mıknatıslarla çevrili milin kendi ekseni etrafında dairesel hareketini sağlamak için kullanmaktadır. Bu hareket sonucu manyetik alan oluşmaktadır ve milin içinde bulunduğu haznenin etrafına sarılı bobinler vasıtasıyla akımın ani değişimleri ile elektrik gücü üretilmektedir. Bu çalışma 13 farklı dalga formunda yapılmıştır. Bu dalga formlarının verimlilik, açısal hız ve güç gibi sonuçlar üzerine etkileri araştırılmıştır. DEDS'den genellikle belirli periyot ve genliklerde verimli sonuç elde edildiği gözlenmiştir. Bu çalışmada, geliştirilen prototip ile maksimum güç dalga yüksekliği 5 cm ve periyodu 2,5 sn olması durumunda 7 nW olarak; maksimum verim dalga yüksekliği 2 cm ve periyodu 3 sn olması durumunda %9 olarak elde edilmiştir. Bu yüzden bölgenin yıllık ortalama dalga boyuna ve dalga yüksekliğine bağlı olarak tasarımın yapılması gerekmektedir. İleride bobinin sarım sayısı ve mıknatıs miktarı artırılarak daha büyük hacimli bir sistemin geliştirilmesi verimi önemli ölçüde artıracaktır.

Abstract:
Energy needs are increasing with the rapidly rising population and developing technology day by day. Sustainability of energy resources has been one of the most important issues and problems of the world, from the past to the present day. Waves are renewable energy resources which is powerful and unlimited. This energy is obtained from the surface of the waves or from the wave's pressure under the surface.  Surge is wind swing movement that the wind makes on the surface of the water. Wave energy converter systems (WECS) produce energy by using the pressure resulting from this motion. Due to the fact that 70% of the earth is covered with water, the energy generated by the waves has a production potential up to 80,000 TWh (billion kWh) per year, which supplies 1/5 of the global energy demand. However, the wave's efficiency may vary from 10% to 35-40% in a wide range depending on geographical and wind conditions.
     The objective of this study is to create the prototype design, production and power conversion system of the wave energy converter which can generate electricity from the wave energy with high potential. The power takeoff system used in the study uses the movements in the wave surface to provide the circular movement of the shaft surrounded by magnets around its axis. As a result of this movement, a magnetic field is formed and electrical power is produced by sudden changes of current through coils wrapped around the container in which the shaft is located. This study is carried out in 13 different waveforms. The effects of these waveforms on efficiency, angular velocity and power are investigated. It is observed that efficient results are obtained from WECS for partıcular periods and amplitudes. In this study, maximum power as 7 nW in the case of the wave height is 5 cm and period is 2.5 s; maximum efficiency as 9% in the case of wave height is 2 cm and period is 3 s are obtained from the prototype developed. Therefore, the design should be done depending on the annual average wave period and wave height of the region. In the future, development of a larger volume system may significantly increase the efficiency by increasing the number of coil turns and the amount of magnet.