Yeni bir rüzgar enerji üretim sisteminin optimal tasarımı, gerçeklenmesi ve performans iyileştirmesi

Abstract

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 gerçekleştirilen sistemin 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