OpenFAST tabanlı simülasyonlarla rüzgar türbini konfigürasyonlarının aerodinamik ve yorulma dayanımı açısından optimizasyonu

Bu tez kapsamında, bir rüzgar çiftliği formasyonunda güç yoğunluğu ile türbin yerleşim konfigürasyonu ve sapma açısı arasındaki etkileşimi incelemek amacıyla Taguchi tabanlı bir optimizasyon modeli önerilmiştir. Rüzgar hızı, Türkiye'nin Bandırma bölgesinde 100 m yükseklikteki ortalama verilere dayanarak tek yönlü ve sabit kabul edilmiştir. Numerik analizlerde OpenFAST yazılımının rüzgar çiftliği modülü Fast.FARM kullanılarak tandem yerleşimli üç türbinden oluşan bir model oluşturulmuştur. Çalışmada, aşağı akış türbinleri arasındaki mesafe rotor çapı cinsinden 3D, 4D ve 5D olarak; her türbinin sapma açıları ise -20° ile 20° arasında 5°'lik artışlarla tanımlanmıştır. Bu parametrelerin kombinasyonuyla 81 farklı senaryodan oluşan bir deney tasarımı (DOE) kurgulanmıştır. En küçük kareler yöntemiyle analiz sonuçlarına bir matematiksel model uyarlanmış ve en uygun dizilim için 57,30 W/m² güç yoğunluğu elde edilmiştir. Üçüncü türbinin sapma açısının etkisi düşük olduğundan 0°'de sabitlenmesi önerilmiştir. Ayrıca, sapma açısının 10°'lik artışlarla değerlendirildiği yeni senaryolar oluşturulmuştur. Mesafe faktörünün alt ve üst sınırlarını belirlemek amacıyla iki ek deney tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımlarda türbinler arası mesafe sırasıyla 3D–8D ve 1D–5D arasında olacak şekilde kurgulanmış ve her biri 25 senaryodan oluşmuştur. En yüksek güç üretimi 8D mesafede, birinci türbinin 20°, ikinci türbinin 10° sapma açısında 8,454 MW olarak elde edilmiştir. En yüksek güç yoğunluğu ise 1D mesafede, sapma açıları birinci ve ikinci türbin için sırasıyla 10° ve -20° iken 151,42 W/m² olarak hesaplanmıştır. Bu iki senaryo için türbin köklerinde oluşan yükler MLife yazılımı ile değerlendirilmiş, yorulma analizleri yapılmıştır. En kritik yorulma ömrü, birinci türbinde dönme düzlemine paralel yönde olup maksimum güç yoğunluğu senaryosu için 33,9 yıl, maksimum güç senaryosu için ise 38,4 yıl olarak hesaplanmıştır. Her iki durumda da 20 yıllık ömrü karşıladığı görülmektedir.