1 kW gücünde, difüzörlü yatay eksenli bir rüzgâr türbininin optimizasyonu ve deneysel incelenmesi

Geçmişten günümüze kadarki zamanlarda insanoğlu her zaman bir enerji arayışı içerisinde olmuştur. Enerji üretmek için insanlar genelde geleneksel yöntemlerle elektrik üretmiştir. Bu geleneksel yöntemlerin başında kömür madeni gibi yenilenemez enerji kaynakları kullanılmıştır. Fakat zamanla görünen odur ki bu yenilenemez enerji kaynakları tükenebildiği gibi, aynı zamanda çok önemli miktarda doğaya zarar vermeye başlamıştır. Bu yüzden gelişen teknoloji, altyapı ve önemli gelişmelerin de yardımıyla yenilenebilir enerji kaynakları son yıllarda önemli bir ivme kazanmıştır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarının başında rüzgâr enerjisi yani rüzgâr türbinleri gelmektedir. Bugünlerde dünya genelinde çok farklı tip ve özelliklerde rüzgâr türbinleri üretilmiştir. Fakat yapılan bu çalışma Türkiye'de bir ilk örnegi taşıdığı gibi dünyada çok nadiren göze çarpmaktadır. Bu çalışmanın asıl amacı rüzgâr türbinleri arasında en çok yaygın ve kullanılmakta olan yatay eksenli rüzgar türbininin kanat kesitini optimize etmek ve aynı zamanda rüzgar türbini etrafına bir difüzör ilave ederek elde edilen verimi arttırmaktır. İlaveli difüzör ve kanat kesit geometrisinin parametreleri dahil olmak üzere tüm tasarım parametleri ANSYS Ek Çözücü (Adjoint Solver) optimizasyon aracı ile optimize edildikten sonra, 3 boyutlu parametreleri optimize etmek için ANSYS Hedef Odaklı Optimizasyon Tekniği (Goal Driven Optimization) kullanılmış ve bu sayede rüzgar türbinine etki eden tüm parametrelerin aynı anda eşlenik olarak çözülmesi sağlanmıştır. Bu çalışmada yapılan, optimize işleminde türbin verimine çok önemli etkisi olan kriterler dikkate alınmıştır. Bu yüzden kanatın hücum açısı, firar açısı, difüzörün açısı ve aynı zamanda boyu optimize edilmiş ve difüzör ilavesiyle verim arttırılmış ve kendine özgü yeni bir kanat profili üretilmiştir. Daha sonra difüzörlü ve difüzörsüz türbinin analizleri CFD programında yapılmıştır ve değerler karşılaştırılmıştır. Difüzörün verime olan etkisi gösterilmiştir. Son olarak difüzörlü türbinin CFD ve deney sonuçları karşılaştırılmış ve verimi etkileyen kayıplar söz edilmiştir. Deneyler sonucunda hedeflenen 1kW'lık güç 9 m/s rüzgar hızında yakalanmıştır. Sonuç olarak piyasada bulunmayan ve kendine özgün tasarımıyla yepyeni bir kanat tasarlanmıştır ve bu kanada ilave olarak difüzör ilave edilmiş böylelikle rüzgar türbini verimi %8 ila % 11 arası verim artışı göstermiştir. Aynı zamanda kanat üretiminde kullanılan karbon fıber ve cam elyaf gibi malzemeler sayesinde kanatlar hafif ve mukavemetli bir yapıda elde edilmiştir. Bu hafiflik sayesinde en düşük rüzgar hızlarında bile örneğin 1,75 m/s türbin enerji üretmiştir.