Theses supervised by Prof. Dr. Muğdeşem Tanrıöven
12 theses · Yıldız Technical University
Hata ağacı ve blok diyagramı yöntemi ile koruma sistemlerinde güvenilirlik analizi ve çözüm önerileriyle Türkiye elektrik iletim sistemine uygulanması
Koruma sistemleri yüksek güvenilirliğe sahip işletme gerektiren günümüz güç sistemlerinde hayati önem taşımaktadır. Bu yüzden güç sisteminin güvenilirlik seviyesi güç sistem işletmesinde önemli etkisi olan koruma rölelerinin güvenilirliği ile yakından ilgilidir. Literatürdeki araştırma raporları, güç dağıtım ve iletim sistemlerinde meydana gelen arızalarda koruma sistemlerinin sıkça rol aldığını işaret etmektedir.Bu çalışmada koruma sistemleri, temel güvenilirlik kavramları ve hesaplama yöntemleri hakkında genel bilgiler verilmiş, literatürde son yıllarda yapılan koruma sistemlerinde güvenilirlik ile ilgili çalışmalara göz atılmış, harmoniklerin koruma röleleri güvenilirliği üzerine etkisi incelenmiş, şebekelerde olasılıksal güvenilirlik analizi yapılış metodu hakkında genel bilgiler verilmiş, Türkiye'deki Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi (TEİAŞ) şalt merkezleri ve koruma sistemleri hakkında bilgiler verilmiş, TEİAŞ'tan temin edilen 2009 yılı arıza istatistik bilgilerine 154-380 kV havai hat ve transformatör fiderleri için ayrıntılı olarak yer verilmiştir.Bir koruma sistemi kesici, ölçü transformatörleri, yardımcı sistemler ve koruma rölelerinden oluşmaktadır. Genel olarak bakıldığında bir koruma rölesinin güvenilirliği denildiğinde, koruma rölesinin yanlış çalışması veya gerektiğinde çalışmaması olarak nitelendirilebilir. Bu iki arıza durumunu etkileyen birçok faktör bulunmasına rağmen, daha önce literatürde bu sorunların tespiti için yapılan bu kadar kapsamlı bir çalışma yoktur. İşte bu çalışmada tüm bu faktörlerin tespiti için bir havai hat ve transformatör fideri için hata ağacı oluşturulmuş, gerek TEİAŞ'tan alınan bilgiler gerekse de bugüne kadar üzerinde çalıştığım yüzün üzerinde Türkiye, Irak, Birleşik Krallık (İngiltere, Kuzey İrlanda), Hollanda, Almanya koruma-kumanda projelerinde edindiğim tecrübeler doğrultusunda güvenilirliği arttırıcı çözüm önerilerim, koruma sistemlerinin hepsini kapsayacak şekilde akım transformatörsundan kesiciye; yardımcı DC beslemelere kadar ayrıntılı olarak sunulmuştur.Mevcut durum ve çözüm önerileri için TEİAŞ'ta kullanılan projeler üzerinden geliştirilen güvenilirlik blok diyagramları ile güvenilirlik hesaplanmış, yapılan sayısal uygulamada önerilen sistemin güvenilirliği daha iyi olduğu görülmüştür.Ayrıca Türkiye'nin üç farklı bölgesi için DigSilent şebeke analiz bilgisayar programı kullanılarak gerçek verilerle 154-380 kV nominal gerilim seviyesinde beş farklı çalışma için güvenilirlik hesaplaması yapılmış, hesaplama sonuçlarına yer verilmiştir.
Farklı PV teknolojilerinin gerçek ortam verileri kullanılarak modellenmesi ve İstanbul şartlarında optimum eğim açılarının belirlenmesi
Ülkemiz, Avrupa'da en yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip ikinci ülke konumundadır. Buna rağmen, ülkemiz bu potansiyelini kullanma konusunda diğer birçok Avrupa ülkesinden geride kalmıştır. Ancak son yıllarda yapılan düzenlemelerle ülkemizde de güneş enerjisinden elektrik üretimi yönüyle yararlanma yoluna gidilmektedir. Bunun için günümüzde Enerji Bakanlığı tarafından güneş santrallerinin kurulması teşvik edilmekte ve lisanssız olarak 500 kW'a kadar elektrik üretimine izin verilmektedir.Fotovoltaik(PV) güneş enerji santrallerinde kullanılan PV yapıların verimleri, her bir PV teknolojisi için farklılık arz etmektedir. Ancak kurulum ve işletme maliyetleri ve sistem uyumluluklarına göre güneş santralleri farklı teknolojilere sahip PV modüllerden oluşturulabilmektedir.PV `lerin enerji çıktısını etkileyen en önemli faktörler ışınım ve sıcaklıktır. Mevcut PV teknolojilerinin modellenmesinde laboratuar şartlarında (1000 W/m2 ışınım, 25oC sıcalık) alınan veriler kullanılmaktadır. Ancak kurulacak olan bir güneş santralinde dış ortam şartları oldukça değişkendir. Dolayısıyla bir santralin enerji çıktısının hesaplanabilmesi için her iki faktör ele alınmalıdır.Kurulacak güneş santrallerinde yıllık üretilebilecek elektrik enerjinin tahmin edilmesi gerekmektedir. Yıllık maksimum enerjinin tahmin edilebilmesi için PV, dış ortam şartları ve PV yapıların yatayla yaptığı eğim açısının bilinmesi gerekir. PV yapıların enerji çıktısı sadece ışınıma bağlı değildir. Ayrıca her bir PV teknolojisinin sıcaklık faktöründen etkilenme oranı farklıdır. Bu durumda bir güneş santrali çalışmasında uygun konumlandırma için her bir faktörün (PV teknolojisi, ışınım, sıcaklık ve rüzgar) dikkate alınarak panellerin optimum eğim açısının belirlenmesi gerekmektedir.Bu tez çalışmasıyla, farklı PV teknolojileriyle üretilmiş fotovoltaik panellerin (mono-kristal silikon, poli-kristal silikon ve ince film) gerçek ortam şartlarına göre Matlab/Simulink ortamında PV modeli oluşturulmuş ve oluşturulan modelde her bir panel teknolojisi için ışınım, sıcaklık vb. dikkate alınarak panellerin İstanbul için optimum eğim açısı belirlenmiştir.
Ulaşım araçlarında fotovoltaik yapılar için uygun bir maksimum güç takip algoritması ile verimliliğin artırılması
Günümüzde fosil yakıtların hızla tükenmesi ve çevreci yakıt arayışları nedeniyle elektrikle çalışan çevreci otomobil, yat ve benzeri araçlar üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Fotovoltaik yapıların da elektrikle çalışması düşünülen bu araçlarda hem çevrecilik yönüyle hem de elektriksel olarak destek ünitesi olarak yer alması öngörülmektedir. Bu araçların dış kaplamasının fotovoltaik hücrelerle yapılması durumunda azımsanmayacak bir elektrik enerjisinin aracın bataryasında depolanması mümkündür.Fotovoltaik yapılarda yük, ışınım ve sıcaklık vb. gibi çevresel etmenlerin değişmesinden dolayı maksimum gücün alınabileceği gerilim noktası değişmektedir. Bu değişimler altında fotovoltaik yapılardan bataryaya veya yüke aktarılan güç miktarını maksimum yapmak üzere geliştirilmiş Maksimum Güç Takip Sistemleri (MGTS) bulunmaktadır. Bu sistemler temelde birbirlerine benzemekle birlikte geri besleme kontrolleri ve güç takip algoritmaları yönüyle farklılıklar göstermektedir.Bu tez çalışmasıyla farklı güç takip algoritmalarına sahip MGTS'ler belirli bir hareket döngüsü ile hareket ettirilen fotovoltaik yapı üzerinde denenmiş ve her bir algoritmanın gerçek bir deneysel ortamda hareketli sistemlere uyumluluğu ortaya konmuştur. Bu deneyler sonucu her bir algoritmanın hareketli sistemlere uyumlu bileşenleri veya olumlu faktörleri ele alınarak hareketli araçlara uygun bir maksimum güç takip algoritması oluşturulmuş ve bu maksimum güç takip algoritmasının performansı değerlendirilmiştir.
Ulusal enerji şebekesine bağlanabilecek optimum rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi
Fosil enerji kaynaklarının hızla tükenmelerine ek olarak çevreye vermiş oldukları zararlı etkilerin gün geçtikçe artması insanları alternatif enerji kaynağı arayışına yönlendirmektedir. Alternatif enerji kaynakları içinde yenilenebilir ve hızlı kurulum özelliği ile rüzgar enerjisi ön plana çıkmaktadır. Yapılan alansal çalışmalar sonucunda Türkiye'nin rüzgar gücü potansiyelinin 88000 MW olduğu hesaplanmıştır [1]. Ülkemizdeki rüzgar potansiyelinin elektrik enerji şebekesi tarafından kullanılabilir en yüksek değeri ise 13260 MW olarak hesaplanmıştır [2]. Rüzgar gücü potansiyelinin Avrupa ülkelerine kıyasla çok daha büyük oranları yansıttığı yapılan analizler sonucunda tespit edilmiştir. Rüzgar enerjisine ait bu potansiyelin enerji sistemi içerisinde kullanıma geçirilmesi ise yenilenebilir enerji kaynaklarının elektrik enerjisi üretimi amaçlı kullanımına ilişkin kanunların yürürlüğe girmesi ile ivme kazanmıştır. Rüzgar santrallerin ulusal güç sistemi içereside kullanım oranlarının artması sonucunda şebeke üzerinde rüzgar enerji santrallerine bağlı olumsuz etkilerin de artabileceği yapılan bilimsel çalışmalarla tespit edilmiştir. Oluşabilecek muhtemel olumsuzlukların önüne geçilebilmesi amacıyla rüzgar santrallerin enerji üretimine etkisi olan parametrelerin teknik ve ekonomik açıdan sistematik olarak incelenmesi bir zorunluluk haline gelmiştir. Bu zorunluluk aynı zamanda ülkemizin enerji stratejisi içerisinde rüzgâr enerjisinin toplam üretim içerisindeki payının azami ölçüde yükseltilmesi hedefini de doğrudan etkilemektedir. Rüzgâr enerji santralleri ulusal şebeke üzerinde güvenilir üretim düzeylerinin hem bölgesel hem de ulusal bazda tespit edilmesi gerekmektedir. Teknik kullanılabilir rüzgar enerjisi kapasitenin doğru tespit edilebilmesi ancak tüm güç sistem kısıtlarının ve ilgili bölgelerin rüzgâr verilerinin birlikte değerlendirilmesiyle mümkün olabilmektedir. Böylece rüzgar enerji santralleri ile ilgili stratejileri ve yatırım planları şekillendirilebilecektir. Gerçekleştirilen tez kapsamında öncelikle rüzgar santrallerinin şebeke bağlantısına ait teknik ve ekonomik parametreler tespit edilmiştir. Teknik parametrelerin seçiminde bölgesel meteorolojik verileri, farklı rüzgar santrali teknolojileri, türbin teknolojilerinin kurulacağı kule yükseklik seviyeleri ve şebeke kısıtları dikkate alınmıştır. Ekonomik veriler ise farklı rüzgar santrali teknolojilerin imalat parametrelerine bağlı üretim modelleri, bir santral sahasının kurulumu için gerekli alt yapı maliyetleri, santralin kurulacağı araziye ait maliyetleri ve rüzgar santrallerinin şebeke entegrasyon maliyetleri dikkate alınmıştır. Tespit edilen teknik ve ekonomik parametrelerin birbirleri ile olan ilişkileri sistematik olarak tanıtılmış ve optimizasyon algoritması hazırlanmıştır. Optimizasyon algoritmasının koşturulması sonucunda öncellikle sisteme bağlanabilecek maksimum rüzgar santral sayısı tespit edilmiştir. Bölge içeresindeki baralara bağlanabilecek santral sayıları, birim üretim maliyetleri baz alınarak tanımlanmış ve bölgenin bara bağlantı konfigürasyonlarına bağlı haritalar oluşturulmuştur. Oluşturulan bağlantı konfigürasyonları her bir teknoloji için yeniden hesaplanmıştır. Bağlanabilir rüzgar santralleri, mevcut güç sistemine eklenerek tam sayılı doğrusal programlama ve doğrusal programlama yöntemleri kullanılarak Bender ayrıştırma yöntemine göre optimizasyona tabi tutulmuştur. Optimizasyon sonucunda seçilen çalışma bölgesi için yatırım ve üretim maliyetlerini birlikte değerlendirerek, en uygun bağlantı konfigürasyonu ortaya çıkartılmıştır. Sistemin mevcut durumu göz önünde bulundurularak toplamda bağlanabilecek en ekonomik santral sayısı ve her bir baraya bağlanacak santral sayısı tespit edilmiştir. Tez çalışması kapsamında bir bölgenin rüzgar verisi ve bölgenin enerji iletim sistemlerine ait veriler ışığında belirlenen teknoloji tipine göre her hangi bir bölge için en uygun bağlantı ve yatırım maliyetini belirleyen bir algoritma geliştirilmiş ve sunulmuştur.
DIN V 18599-4 standardı esas alınarak matlab guı aydınlatma tasarımı ve örnek binada uygulanması
Dünya genelinde artan nüfus ve teknolojinin hızlı gelişimi neticesinde ortaya çıkan enerji kaynaklarının yetersizliği insanoğlunu elindeki kaynakları verimli kullanmaya itmektedir. Bu noktadan hareketle merkezi Berlin? de olan uluslararası standartlama kurumlarından DIN, yani Alman Standartlar Enstitüsü, DIN V 18599 Binalarda Enerji Verimliliği adı altında bir standart yayınlamıştır. Bu tez çalışmasının ana iskeletini ilgili standart oluşturmaktadır. Hazırlanan çalışma toplam yedi bölüm içermektedir. Birinci bölümde DIN V 18599 standardı hakkında biraz bilgi verilerek çalışmada işlenen konular üzerine kısa bir giriş yapılmıştır. İkinci bölümde söz konusu standart esas alınarak formül algoritmaları belli bir düzen içerisinde sunulmuştur. Üçüncü bölümde çalışmanın ana kaynağı olan standarta bağlı kalınarak Matlab tabanında hazırlanan GUI uygulamasının arayüzü ve programlaması hakkında bilgiler verilmiştir. Bölüm içerisinde ekran görüntüleri paylaşılarak programın kullanımı da anlatılmıştır. Dördüncü bölümde Matlab GUI uygulaması olarak hazırlanan programın duyarlılık analizi araştırılmıştır. Hangi parametrenin net sonucu ne oranda etkilediği araştırılarak elde edilen sonuçlar grafikler ile desteklenerek paylaşılmıştır. Beşinci bölümde hazırlanan GUI uygulaması yardımıyla gerçek bir yapı üzerinde çalışma yapılmıştır. İstanbul Ataşehir?de bulunan plazanın tamamının aydınlatılmasında gereken yıllık enerji miktarı GUI uygulaması kullanılarak hesaplanmış ve sonuçlar paylaşılmıştır. Altıncı bölümde örnek bina için elde edilen sonuçlar esas alınarak tüm enerji ihtiyaının bir fotovoltaik sistem ile karşılanması düşünülmüş ve buna göre bir sistem tasarımı yapılmıştır. Sistemin maliyet analizi ve fizibilitesi de konu içerisinde işlenmiştir. Yedince bölümde de elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.
DIN V 18599-4 standardı esas alınarak matlab guı aydınlatma tasarımı ve örnek binada uygulanması
Dünya genelinde artan nüfus ve teknolojinin hızlı gelişimi neticesinde ortaya çıkan enerji kaynaklarının yetersizliği insanoğlunu elindeki kaynakları verimli kullanmaya itmektedir. Bu noktadan hareketle merkezi Berlin? de olan uluslararası standartlama kurumlarından DIN, yani Alman Standartlar Enstitüsü, DIN V 18599 Binalarda Enerji Verimliliği adı altında bir standart yayınlamıştır. Bu tez çalışmasının ana iskeletini ilgili standart oluşturmaktadır. Hazırlanan çalışma toplam yedi bölüm içermektedir. Birinci bölümde DIN V 18599 standardı hakkında biraz bilgi verilerek çalışmada işlenen konular üzerine kısa bir giriş yapılmıştır. İkinci bölümde söz konusu standart esas alınarak formül algoritmaları belli bir düzen içerisinde sunulmuştur. Üçüncü bölümde çalışmanın ana kaynağı olan standarta bağlı kalınarak Matlab tabanında hazırlanan GUI uygulamasının arayüzü ve programlaması hakkında bilgiler verilmiştir. Bölüm içerisinde ekran görüntüleri paylaşılarak programın kullanımı da anlatılmıştır. Dördüncü bölümde Matlab GUI uygulaması olarak hazırlanan programın duyarlılık analizi araştırılmıştır. Hangi parametrenin net sonucu ne oranda etkilediği araştırılarak elde edilen sonuçlar grafikler ile desteklenerek paylaşılmıştır. Beşinci bölümde hazırlanan GUI uygulaması yardımıyla gerçek bir yapı üzerinde çalışma yapılmıştır. İstanbul Ataşehir?de bulunan plazanın tamamının aydınlatılmasında gereken yıllık enerji miktarı GUI uygulaması kullanılarak hesaplanmış ve sonuçlar paylaşılmıştır. Altıncı bölümde örnek bina için elde edilen sonuçlar esas alınarak tüm enerji ihtiyaının bir fotovoltaik sistem ile karşılanması düşünülmüş ve buna göre bir sistem tasarımı yapılmıştır. Sistemin maliyet analizi ve fizibilitesi de konu içerisinde işlenmiştir. Yedince bölümde de elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.
DIN V 18599-4 standardı esas alınarak matlab guı aydınlatma tasarımı ve örnek binada uygulanması
Dünya genelinde artan nüfus ve teknolojinin hızlı gelişimi neticesinde ortaya çıkan enerji kaynaklarının yetersizliği insanoğlunu elindeki kaynakları verimli kullanmaya itmektedir. Bu noktadan hareketle merkezi Berlin? de olan uluslararası standartlama kurumlarından DIN, yani Alman Standartlar Enstitüsü, DIN V 18599 Binalarda Enerji Verimliliği adı altında bir standart yayınlamıştır. Bu tez çalışmasının ana iskeletini ilgili standart oluşturmaktadır. Hazırlanan çalışma toplam yedi bölüm içermektedir. Birinci bölümde DIN V 18599 standardı hakkında biraz bilgi verilerek çalışmada işlenen konular üzerine kısa bir giriş yapılmıştır. İkinci bölümde söz konusu standart esas alınarak formül algoritmaları belli bir düzen içerisinde sunulmuştur. Üçüncü bölümde çalışmanın ana kaynağı olan standarta bağlı kalınarak Matlab tabanında hazırlanan GUI uygulamasının arayüzü ve programlaması hakkında bilgiler verilmiştir. Bölüm içerisinde ekran görüntüleri paylaşılarak programın kullanımı da anlatılmıştır. Dördüncü bölümde Matlab GUI uygulaması olarak hazırlanan programın duyarlılık analizi araştırılmıştır. Hangi parametrenin net sonucu ne oranda etkilediği araştırılarak elde edilen sonuçlar grafikler ile desteklenerek paylaşılmıştır. Beşinci bölümde hazırlanan GUI uygulaması yardımıyla gerçek bir yapı üzerinde çalışma yapılmıştır. İstanbul Ataşehir?de bulunan plazanın tamamının aydınlatılmasında gereken yıllık enerji miktarı GUI uygulaması kullanılarak hesaplanmış ve sonuçlar paylaşılmıştır. Altıncı bölümde örnek bina için elde edilen sonuçlar esas alınarak tüm enerji ihtiyaının bir fotovoltaik sistem ile karşılanması düşünülmüş ve buna göre bir sistem tasarımı yapılmıştır. Sistemin maliyet analizi ve fizibilitesi de konu içerisinde işlenmiştir. Yedince bölümde de elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.
Enerji dağıtım şebekelerinde ortak bağlantı noktasına bağlanabilecek maksimum rüzgar gücünün belirlenmesi
Çevreye zararlı etkileri olan fosil enerji kaynaklarının tükenmeye yüz tutması ve nükleer enerji kullanımımın dünya ülkeleri tarafından riskli bulunması gözleri yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisine yöneltmiştir. Rüzgâr enerjisi konusunda; generatör, rotor ve kanat gibi türbin bileşenleri ile ilgili yeni üretim teknolojileri, mevcut ya da yeni kurulacak rüzgâr enerji sistemlerin kapasite kullanım oranlarının arttırılması, çok sayıda rüzgâr türbini içeren şebekeler ve akıllı entegrasyonu, rüzgâr türbinlerinin saha yerleşimi ve şebeke bağlantı noktaları bakımından optimal konumlandırılması, en önemli AR-GE alanları arasında yer almaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde ön plana çıkan rüzgâr enerjisi, üretim kaynağı olan rüzgârın karakteristik özelliklerinden ötürü elektrik şebekelerinde istenmeyen durumlar oluşmasına sebebiyet yaratmakta olup, bu tür durumların önlenmesi için ilgili dağıtım ve iletim kuruluşlarının bir takım kısıtlamalar getirmesine yol açmıştır. Bu ülkemizde 25639 sayılı Elektrik İletim Sistemleri Arz Güvenliği Yönetmeliği'ne göre belirlenmektedir. Kısıtlama koşulları dahilinde ülkemizde şebekenin hangi noktalarına ne kadar rüzgâr türbini bağlanması gerektiği ve bunların şebekenin kaldırabileceği optimum miktarlarda olmasına karar verilmesi gerekmektedir. Bu durum ülkemizin enerji politikaları açısından da çok mühim bir role sahiptir. Ülkemizde ele alınan rüzgâr enerji potansiyeli teknik kısıtların dikkate alınmadığı saf rüzgâr enerjisi potansiyelini ifade etmektedir. Bu potansiyelin teknik kullanılabilir kapasitesinin doğru tespit edilmesi bakımından ilgili bölgelerin rüzgâr verileri ile birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Böylece gerçekçi bir şekilde belirlenen kullanılabilir rüzgâr potansiyeli, ülkemizin rüzgâr enerjisi ile ilgili stratejilerini ve yatırım planlarını şekillendirilebilecektir. Tez kapsamında Türkiye enerji sistemine rüzgâr enerjisinin entegrasyon basamaklarını incelemek için pilot bölge olarak seçilen Çatalca dağıtım sisteminin bir kısmı NEPLAN güç sistem analizörü programı kullanılarak modellenmiş ve şebekenin en zayıf noktasından rüzgâr enerjisi bağlantısı, şebeke kodlarına bağlı kısıtlar da göz önüne alınarak incelenmiş, rüzgar hızı verilerine dayalı olarak birim enerji maliyetleri hesaplanmıştır.
Enerji dağıtım şebekelerinde ortak bağlantı noktasına bağlanabilecek maksimum rüzgar gücünün belirlenmesi
Çevreye zararlı etkileri olan fosil enerji kaynaklarının tükenmeye yüz tutması ve nükleer enerji kullanımımın dünya ülkeleri tarafından riskli bulunması gözleri yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisine yöneltmiştir. Rüzgâr enerjisi konusunda; generatör, rotor ve kanat gibi türbin bileşenleri ile ilgili yeni üretim teknolojileri, mevcut ya da yeni kurulacak rüzgâr enerji sistemlerin kapasite kullanım oranlarının arttırılması, çok sayıda rüzgâr türbini içeren şebekeler ve akıllı entegrasyonu, rüzgâr türbinlerinin saha yerleşimi ve şebeke bağlantı noktaları bakımından optimal konumlandırılması, en önemli AR-GE alanları arasında yer almaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde ön plana çıkan rüzgâr enerjisi, üretim kaynağı olan rüzgârın karakteristik özelliklerinden ötürü elektrik şebekelerinde istenmeyen durumlar oluşmasına sebebiyet yaratmakta olup, bu tür durumların önlenmesi için ilgili dağıtım ve iletim kuruluşlarının bir takım kısıtlamalar getirmesine yol açmıştır. Bu ülkemizde 25639 sayılı Elektrik İletim Sistemleri Arz Güvenliği Yönetmeliği'ne göre belirlenmektedir. Kısıtlama koşulları dahilinde ülkemizde şebekenin hangi noktalarına ne kadar rüzgâr türbini bağlanması gerektiği ve bunların şebekenin kaldırabileceği optimum miktarlarda olmasına karar verilmesi gerekmektedir. Bu durum ülkemizin enerji politikaları açısından da çok mühim bir role sahiptir. Ülkemizde ele alınan rüzgâr enerji potansiyeli teknik kısıtların dikkate alınmadığı saf rüzgâr enerjisi potansiyelini ifade etmektedir. Bu potansiyelin teknik kullanılabilir kapasitesinin doğru tespit edilmesi bakımından ilgili bölgelerin rüzgâr verileri ile birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Böylece gerçekçi bir şekilde belirlenen kullanılabilir rüzgâr potansiyeli, ülkemizin rüzgâr enerjisi ile ilgili stratejilerini ve yatırım planlarını şekillendirilebilecektir. Tez kapsamında Türkiye enerji sistemine rüzgâr enerjisinin entegrasyon basamaklarını incelemek için pilot bölge olarak seçilen Çatalca dağıtım sisteminin bir kısmı NEPLAN güç sistem analizörü programı kullanılarak modellenmiş ve şebekenin en zayıf noktasından rüzgâr enerjisi bağlantısı, şebeke kodlarına bağlı kısıtlar da göz önüne alınarak incelenmiş, rüzgar hızı verilerine dayalı olarak birim enerji maliyetleri hesaplanmıştır.
Enerji dağıtım şebekelerinde ortak bağlantı noktasına bağlanabilecek maksimum rüzgar gücünün belirlenmesi
Çevreye zararlı etkileri olan fosil enerji kaynaklarının tükenmeye yüz tutması ve nükleer enerji kullanımımın dünya ülkeleri tarafından riskli bulunması gözleri yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisine yöneltmiştir. Rüzgâr enerjisi konusunda; generatör, rotor ve kanat gibi türbin bileşenleri ile ilgili yeni üretim teknolojileri, mevcut ya da yeni kurulacak rüzgâr enerji sistemlerin kapasite kullanım oranlarının arttırılması, çok sayıda rüzgâr türbini içeren şebekeler ve akıllı entegrasyonu, rüzgâr türbinlerinin saha yerleşimi ve şebeke bağlantı noktaları bakımından optimal konumlandırılması, en önemli AR-GE alanları arasında yer almaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde ön plana çıkan rüzgâr enerjisi, üretim kaynağı olan rüzgârın karakteristik özelliklerinden ötürü elektrik şebekelerinde istenmeyen durumlar oluşmasına sebebiyet yaratmakta olup, bu tür durumların önlenmesi için ilgili dağıtım ve iletim kuruluşlarının bir takım kısıtlamalar getirmesine yol açmıştır. Bu ülkemizde 25639 sayılı Elektrik İletim Sistemleri Arz Güvenliği Yönetmeliği'ne göre belirlenmektedir. Kısıtlama koşulları dahilinde ülkemizde şebekenin hangi noktalarına ne kadar rüzgâr türbini bağlanması gerektiği ve bunların şebekenin kaldırabileceği optimum miktarlarda olmasına karar verilmesi gerekmektedir. Bu durum ülkemizin enerji politikaları açısından da çok mühim bir role sahiptir. Ülkemizde ele alınan rüzgâr enerji potansiyeli teknik kısıtların dikkate alınmadığı saf rüzgâr enerjisi potansiyelini ifade etmektedir. Bu potansiyelin teknik kullanılabilir kapasitesinin doğru tespit edilmesi bakımından ilgili bölgelerin rüzgâr verileri ile birlikte değerlendirilmesi gerekmektedir. Böylece gerçekçi bir şekilde belirlenen kullanılabilir rüzgâr potansiyeli, ülkemizin rüzgâr enerjisi ile ilgili stratejilerini ve yatırım planlarını şekillendirilebilecektir. Tez kapsamında Türkiye enerji sistemine rüzgâr enerjisinin entegrasyon basamaklarını incelemek için pilot bölge olarak seçilen Çatalca dağıtım sisteminin bir kısmı NEPLAN güç sistem analizörü programı kullanılarak modellenmiş ve şebekenin en zayıf noktasından rüzgâr enerjisi bağlantısı, şebeke kodlarına bağlı kısıtlar da göz önüne alınarak incelenmiş, rüzgar hızı verilerine dayalı olarak birim enerji maliyetleri hesaplanmıştır.
Yeni bir rüzgar enerji üretim sisteminin optimal tasarımı, gerçeklenmesi ve performans iyileştirmesi
Günümüzde elektrik enerjisine olan talep giderek artmaktadır. Geleneksel enerji üretim tekniklerinin artan talebi karşılamakta yetersiz kalması, fosil yakıt rezervlerindeki azalma ve çevresel etkiler sebebiyle yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı hız kazanmıştır.Dünyadaki gelişim incelendiğinde, yenilenebilir enerji kaynakları arasında rüzgar enerjisinin öne çıktığı görülmektedir. Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinde farklı yapıya ve bileşenlere sahip türbin sistemlerinin enerji üretimi amacıyla kullanıldığı bilinmektedir. Bununla birlikte, çeşitli ortam şartlarında maksimum verimi, minimum maliyet ile elde edebilecek optimum rüzgar turbini yapısının ortaya konulması konusundaki çalışmalar da hızla devam etmektedir.Bu tez çalışmasında, yerleşimin yoğun olduğu kentsel bölgelerde kullanıma uygun yeni bir rüzgar enerji dönüşüm sisteminin tasarımı ve prototip imalatı gerçekleştirilmiştir. Uygulaması gerçekleştirilen sistem esnek bir yapıya sahiptir. Ortaya konulan rüzgar türbini konseti dış yüzeyine dişli çarklar yerleştirilmiş kanatlardan meydana gelmektedir. Tasarım çalışmalarında ve gerçekleştirilen analizlerde farklı kanat ve dişli sayıları dikkate alınmıştır.Tasarımı gerçekleştirilen mini rüzgar türbini farklı kanat sayısı ve dişli miktarı ile çalışmaya uygun olarak dizayn edilmiştir. Böylece arttırılabilir bir yüzey alanı oluşturulmuş ve farklı rüzgar rejimine sahip bölgeler için ayrı ayrı optimize edilebilme olanağına kavuşulmuştur. Geliştirilen yapı ile 3, 4, 5 ve 6 kanatlı konfigürasyonların, ihtiyaca göre farklı ortamlarda kullanılabilmesine imkan tanınmıştır. Her bir konfigürasyonun tekli, ikili ve üçlü çark sistemleri ile çalıştırılabilmesi sağlanmıştır. Böylece kullanılacağı bölgenin rüzgar potansiyeline bağlı olarak değişken bir yapıya sahip, modüler mini rüzgar türbini tasarımı gerçekleştirilmiştir.Gerçeklenen tüm durumlar için mini rüzgar türbini analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar tez kapsamında sunulmuştur. Mini rüzgar türbini konseptine üzerinde kullanılacak olan generatör laboratuar ortamında gerçekleştirilen testler ile sekiz farklı generatör tipi arasından belirlenmiştir. Ayrıca, geliştirilen optimizasyon algoritması kullanılarak tasarımı gerçekleştirilensistemin minimum maliyeti sağlayacak şekilde optimum boyutlandırılması sağlanmıştır. Optimizasyon çalışmalarında sistemin farklı bölgeler için farklı konfigürasyonlar ile optimize edilebildiği gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Rüzgar türbini tasarımı, rüzgar türbini prototipi, rüzgar türbinlerinin boyutlandırılması, rüzgar türbinlerinde optimizasyon
Yeni bir rüzgar enerji üretim sisteminin optimal tasarımı, gerçeklenmesi ve performans iyileştirmesi
Günümüzde elektrik enerjisine olan talep giderek artmaktadır. Geleneksel enerji üretim tekniklerinin artan talebi karşılamakta yetersiz kalması, fosil yakıt rezervlerindeki azalma ve çevresel etkiler sebebiyle yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı hız kazanmıştır.Dünyadaki gelişim incelendiğinde, yenilenebilir enerji kaynakları arasında rüzgar enerjisinin öne çıktığı görülmektedir. Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinde farklı yapıya ve bileşenlere sahip türbin sistemlerinin enerji üretimi amacıyla kullanıldığı bilinmektedir. Bununla birlikte, çeşitli ortam şartlarında maksimum verimi, minimum maliyet ile elde edebilecek optimum rüzgar turbini yapısının ortaya konulması konusundaki çalışmalar da hızla devam etmektedir.Bu tez çalışmasında, yerleşimin yoğun olduğu kentsel bölgelerde kullanıma uygun yeni bir rüzgar enerji dönüşüm sisteminin tasarımı ve prototip imalatı gerçekleştirilmiştir. Uygulaması gerçekleştirilen sistem esnek bir yapıya sahiptir. Ortaya konulan rüzgar türbini konseti dış yüzeyine dişli çarklar yerleştirilmiş kanatlardan meydana gelmektedir. Tasarım çalışmalarında ve gerçekleştirilen analizlerde farklı kanat ve dişli sayıları dikkate alınmıştır.Tasarımı gerçekleştirilen mini rüzgar türbini farklı kanat sayısı ve dişli miktarı ile çalışmaya uygun olarak dizayn edilmiştir. Böylece arttırılabilir bir yüzey alanı oluşturulmuş ve farklı rüzgar rejimine sahip bölgeler için ayrı ayrı optimize edilebilme olanağına kavuşulmuştur. Geliştirilen yapı ile 3, 4, 5 ve 6 kanatlı konfigürasyonların, ihtiyaca göre farklı ortamlarda kullanılabilmesine imkan tanınmıştır. Her bir konfigürasyonun tekli, ikili ve üçlü çark sistemleri ile çalıştırılabilmesi sağlanmıştır. Böylece kullanılacağı bölgenin rüzgar potansiyeline bağlı olarak değişken bir yapıya sahip, modüler mini rüzgar türbini tasarımı gerçekleştirilmiştir.Gerçeklenen tüm durumlar için mini rüzgar türbini analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar tez kapsamında sunulmuştur. Mini rüzgar türbini konseptine üzerinde kullanılacak olan generatör laboratuar ortamında gerçekleştirilen testler ile sekiz farklı generatör tipi arasından belirlenmiştir. Ayrıca, geliştirilen optimizasyon algoritması kullanılarak tasarımı gerçekleştirilensistemin minimum maliyeti sağlayacak şekilde optimum boyutlandırılması sağlanmıştır. Optimizasyon çalışmalarında sistemin farklı bölgeler için farklı konfigürasyonlar ile optimize edilebildiği gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Rüzgar türbini tasarımı, rüzgar türbini prototipi, rüzgar türbinlerinin boyutlandırılması, rüzgar türbinlerinde optimizasyon