KANATLI RZGAR TRBN TASARIMI ve KANAT YAPISININNCELENMES

MM 424 MakinaMhendislii Uygulamalar -II-

Eray ERIIK091150035

Makine Mhendislii Blm Mhendislik FakltesiGazi niversitesiMaltepe, 06570 Ankara

Haziran, 2014

ZET

Dnyada her geen gn tketilen enerji miktar artmaktadr. Bu yzden enerji elde etmek iin fosil yaktlarn dnda enerji aratrmalar byk nem kazanmaktadr. Bugn bu enerji trlerinden biri olan, dnyann her yerinde var olan ve her zaman bulunan rzgar enerjisi olduunu biliyoruz. Rzgar enerjisini dier fosil yaktlarla kyasladmzda bir ok stnl olduunu grmekteyiz. Bunlarn en nemlisi evreyi kirletmeyii ve gne var olduu srece hep var olacak oluudur.

Bu tezde, rzgar enerjisi ve trbin eitleri akland, ayrca istenilen g hesabnn yaplabilmesi iin aerodinamik bantlar ve terimler akland.

Bu tezin amac Sinop ehri artlarnda 0.5 kW'lk g retebilen 3 kanatl modern bir rzgar trbini tasarlamaktr. Daha sonra belirlenen trbin zelliklerine gre burulan kanat tasarm CATIA programnda tasarlanm ve ANSYS WORKBENCH programnda 4 farkl rzgar hz iin aerodinamik performans izlenmitir. Sonular deerlendirmek amacyla Fluent programnda elde edilen tork deerleriyle teorik olarak oluan tork deeri kyaslanmtr.

Anahtar kelimeler: Rzgar enerjisi, 3 kanatl rzgar trbini, Kanat HAD analizi

ABSTRACT

With an increasing energy consumption in the world, it will be getting important to investigate alternative methods of generating power in ways different than fossil fuels. Today we know that one of the biggest sources of energy is all around of us all of the time is, the wind. The wind as a source of energy has many benefits, when we compare it to other fossil fuels. Most important benefits of wind power is that it does not pollute the environment and the wind will always occur as long as sun present its existance.

In this thesis, wind energy was presented and the types of wind turbines were explained. Also it presented the aerodynamics calculation theories and terms which needed to identify generated power from the turbine.

This thesis is aimed at designing a 3 blade horizontal axis modern wind turbine which generates 0.5kW power under the urban city conditions located in Sinop. After identifying the features of wind turbine according to wind speed, 3D twisted airfoil is designed in CATIA then it is inserted to ANSYS WORKBENCH, in ANSYS FLUENT program numerical analysis of 4 different wind speed to identify aerodynamic performance of the airfoil. To evaluate results the torque calculated in FLUENT and theorical torque were compared.

Keywords: Wind energy, 3 blade wind turbine, Blade CFD analysis

TEEKKR

almalarm ve rencilik hayatm boyunca deerli yardm ve katklaryla beni ynlendiren ve hibir zaman desteini esirgemeyen Hocam Yrd. Do. Dr. Nureddin Dinler'e, bilgisayar destekli tasarm konusunda deerli katklarndan dolay CATIA kat modelleme program Hocam Yrd. Do. Dr. smail ahin'e, almalarm boyunca analiz aamasnda beni destekleyen meslektam Makina Mhendisi Uur nan'a ve Ar. Gr. Fatih Akta'a teekkr bor bilirim.Ayrca renim hayatm boyunca manevi desteiyle beni yalnz brakmayan annem Aysun Yldran'a teekkr bor bilirim.

NDEKLERSayfa1.RZGAR ENERJS11.1. Rzgarn Tanm ve zellikleri12.RZGR ENERJSNN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI32.1. Avantajlar32.2. Dezavantajlar43.RZGAR GC TARHES64.DNYADA VE TRKYEDE RZGAR ENERJS DURUMU104.1. Dnyada Rzgar Enerjisi Durumu104.2. Trkiyede Rzgar Enerjisi Durumu135.RZGAR TRBN ETLER165.1. Glerine Gre Snflandrlmas165.2. Rzgar ile Kanat Etkileimine Gre Snflandrlmas165.3. Kontrol Sistemlerine Gre Snflandrlmas165.4. Yatay Eksenli Rzgar Trbinleri (YERT)175.4.1. Rzgar nden alan rzgar trbinleri195.4.2. Rzgar arkadan alan rzgar trbinleri205.4.3. Tek kanatl rzgar trbinleri215.4.4. ift kanatl rzgar trbinleri215.4.5. kanatl rzgar trbinleri (Danish concept)225.4.6. ok kanatl rzgar trbinleri235.5. Dey Eksenli Rzgar Trbinleri (DERT)245.5.1. Savonious rzgar trbinleri255.5.2. Darrieus rzgar trbinleri265.5.3. H-darrieus rzgar trbini275.6. Eik Eksenli Rzgar Trbinleri (Wagner Rzgar Trbinleri)275.7. Rzgar Trbinlerinin Birbirleriyle Karlatrlmas276.RZGAR TRBN TEMEL ELEMANLARI306.1. Kule316.2. Kanat316.3. Nasel326.3.1. Ana yatak326.3.2. Dnen yatak336.3.3.Sapma mekanizmas336.3.4. Jeneratr336.3.5. Dili kutusu336.3.6. Fren sistemi336.3.6.1 Kanat ucu fren sistemi346.3.6.2. Mekanik Fren sistemi346.3.7. Hidrolik sistem346.3.8. Gbek (Hub)347.TRBN KANADI AERODNAM VE RZGAR YK357.1. Gelitirilmi Olan Teoriler377.1.1. deal disk teorisi377.1.2. Kanat Eleman Teorisi437.2. Kanat Profil Kayplar487.2.1. Kanat u kayplar487.2.2. Diren kuvvetinden kaynaklanan profil kayplar498.KANAT YAPISININ NCELENMES508.1. Kanat retim Safhalar;538.2. Kanat retiminde Kullanlan Temel Malzemeler548.2.1. Epoksi reine ve cam fiber548.2.2. Ara malzemeler559.KANAT KATI MODELNN ZLMES5610.AKI HACMNN OLUTURULMASI (FLUD DOMAN)6411.ZM A (MESH) YAPISININ OLUTURULMASI6611.1 zm A6611.2 zm Andan Bamszlk7112.HEsaplamal akkanlar dinamii(HAD-cfd)7412.1 Hesaplamal Akkanlar Dinamii Hesaplama Admlar7412.2 Snr artlarnn Tanmlanmas7512.2.1. Duvar snr art7612.2.2. eri ak, dar ak (Inlet, Outlet)7712.2.3 Simetri (Symmetry)7812.2.4 Periyodik snr art7813.FLUENT MODLNDE ZM VE SONULAR7914.SONU VE NERLER95KAYNAKLAR97EKLER100EK-1. NACA 2412 Damla Yaps101EK-2. Kanat Kordinat Verileri102EK-3. Y+ deerleri grafikleri104EK-4 Sinop ili rzgar hz dalm106

ZELGELERN LSTES

izelgeSayfaizelge 4.1 En ok rzgar enerjisini kullanan 10 lkedeki rzgar enerjisi kapasitesinin tablo olarak gsterimi [EWEA, 10.12.2013].12izelge 5.1 Byklklerine Gre Trbinlerin Kyaslanmas [ztrk, 2008].27izelge 5.2 Rzgar Al Ynne Gre Trbinlerin Kyaslanmas [ztrk, 2008].28izelge 5.3 Kanat eitlerine Gre Trbinlerin Karlatrlmas [ztrk, 2008].28izelge 5.4 Kullanlmakta olan rzgar trbinleri ve bunlarn kullanm yerleri [ztrk, 2008].29izelge 9.1 NACA 2412 kanat profili deerleri57izelge 9.2 stasyon boyunca kanat kort uzunluu ve balama as59izelge 11.1 Farkl eleman sayl zm hacimleri ve elde edilen sonular71izelge 13.1 Teorik olarak hesaplanan tork deerleri79izelge 13.2 Fluent modlnde hesaplanan tork deerleri80izelge 13.3 Hz-Reynold says81izelge 13.4 Elde edilen en byk y+ deeri81izelge 13.5 Rzgar hz ve kanat zerindeki basn ile hz deerlerinin deiimi93

EKLLERN LSTES

ekil Sayfa

ekil 4.1 Dnya apnda eklenen yllk rzgar enerjisi kapasitesi (MW)1996-2012 [EWEA, 12.10.2013].10ekil 4.2 Dnya apnda toplam yllk rzgar enerjisi kapasitesi (MW) 1996-2012 [EWEA,12.10.2013].11ekil 4.3 En ok rzgar enerjisini kullanan 10 lkedeki rzgar enerjisi kapasitesi grafiksel olarak gsterimi [EWEA,10.12.2013].11ekil 4.4 Trkiye'deki kurulu g bakmndan (MW) rzgar enerjisinin yllara gre dalm (1998-2012), [TUREB, 20.12.2013].13ekil 4.5 Trkiye'deki rzgar enerji santrallerinin blgelere gre dalm [TUREB, 20.12.2013].14ekil 4.6 Trkiye'deki rzgar enerjisi santrallerinin markalara gre oran [TUREB, 20.12.2013].14ekil 5.1 Savonious tipli bir rzgar trbini [Busby, 2012].25ekil 5.2 Darrieus tipli bir rzgar trbini [Busby, 2012].26ekil 6.1 Bir rzgar trbininin naselinin zerindeki ekipmanlar ve konumlar [Busby, 2012].32ekil 7.1 Kanat zerindeki kaldrma ve srkleme kuvveti ile bileke kuvvetin grnm[Hansen, 2008].35ekil 7.2 Akm tpndeki hareketli diskten geen ideallestirilmis aks [nder, 2006]38ekil 7.3 Akm tp boyunca hz ve basn dalm [nder, 2006]38ekil 7.4 Kanat elemanlarnn grn [Ingram, 2011].43ekil 7.5 Kanat balama ve hcum as gsterimi [nder, 2006]44ekil 9.1 Cl-Cd deiim grafii (NACA 2412, airfoiltool, 2014)57ekil 9.2 Cl- deiim grafii (NACA 2412, airfoiltool, 2014)57ekil 9.3 Kort uzunluunun istasyon uzaklna gre erisi59ekil 9.4 Balama asnn istasyon uzaklna gre erisi60ekil 13.1 Teorik tork ve Fluent modlnde hesaplanan tork deerinin grafiksel olarak gsterimi80ekil 13.2 Elde edilen maksimum Y+ deerlerinin Reynold saysna gre ilikisi81ekil 13.3 Rzgar hz ve kanat zerindeki en yksek ve en dk basn deerlerinin deiimini gsteren grafik94ekil 13.4 Rzgar hz ve kanat zerindeki en yksek ve en dk hz deerlerinin deiimini gsteren grafik94ekil 23 y+deerleri rzgar hz 5 m/s104ekil 24 y+deerleri rzgar hz 10 m/s 104ekil 25 y+deerleri rzgar hz 15 m/s 105ekil 26 y+deerleri rzgar hz 20 m/s 105

RESMLERN LSTES

Resim SayfaResim 2.1 Hollanda'daki bir rzgr iftlii, hayvanclk amacyla da kullanlabilmektedir [Durak ve zer, 2008].4Resim 3.1 Hollanda'daki geleneksel bir yel deirmeni [Fanchi, 2005].6Resim 3.2 Altamontdaki (Kaliforniya)eski sistem bir rzgar trbini tarlas [Busby, 2012].7Resim 3.3 Rzgar trbinlerinin kapasitelerinin ve boylarnn tarihsel geliimi [Busby, 2012].8Resim 3.4 Danimarka'daki (Kopenhag) deniz zeri rzgar santrali [Busby, 2012].9Resim 4.1 TrkiyeRzgarenerjisiharitas [YEGM, 20.12.2013].15Resim 4.2 Trkiye ortalama yllk rzgar hz dalm [ETKB, 20.12.2013].15Resim 5.1 Yatay eksenli bir rzgar trbini [TUREB, 2013].18Resim 5.2 Rzgar nden alan bir rzgar trbini [Chiras, 2009].19Resim 5.3 Rzgar arkadan alan rzgar trbini [Chiras, 2009].20Resim 5.4 Hollanda'da Rotterdam yaknlarnda bulunan kanatl modern bir rzgar trbini [Fanchi, 2005].22Resim 5.5 ok kanatl bir rzgar trbini [Chiras, 2009].23Resim 6.1 Bir rzgar trbininin nden ve yandan grn [Durak ve zer, 2008].30Resim 9.1 telenmi dzlemlerin grnts60Resim 9.2 Her istasyondaki izimi yaplan izimlerin grnm61Resim 9.3 Multi-section komutu uygulanm hali61Resim 9.4 Modellenmesi tamamlanan kanatn NACA 2412 isimli kanatn grn62Resim 9.5 Modellenmesi tamamlanan fx84w127 isimli kanat63Resim 10.1 Ak hacmi lleri64Resim 10.2 3-Boyutlu ak hacmi grn65Resim 10.3 Kanatn ak hacmi ierisindeki konumu65Resim 11.1 Arzu edilen skewness deer aralklar (ANSYS tutorial ,2010)67Resim 11.2 Elde edilen skewness deerleri67Resim 11.3 560 452 eleman saysna sahip zm a68Resim 11.4 1 459 528 eleman sayl zm a68Resim 11.5 2 623 261 eleman sayl zm a69Resim 11.6 2 791 461 eleman sayl zm a69Resim 11.7 Oluturulan a yapsnn kanat yzeyinde yakndan grn70Resim 11.8 560 452 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu72Resim 11.9 1 459 528 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu72Resim 11.10 2 623 261 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu73Resim 11.11 2 791 461 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu73Resim 12.1 Tanmlanan snr artlar76Resim 13.1 5 m/s iin basn dalm konturu83Resim 13.2 10 m/s iin basn dalm konturu83Resim 13.3 15 m/s iin basn dalm konturu84Resim 13.4 20 m/s iin basn dalm konturu84Resim 13.5 5 m/s iin hz konturu85Resim 13.6 10 m/s iin hz konturu85Resim 13.7 15 m/s iin hz konturu86Resim 13.8 20 m/s iin hz konturu86Resim 13.9 Kanat ucu 5 m/s iin hz konturu87Resim 13.10 Kanat ucu 10 m/s iin hz konturu87Resim 13.11 Kanat ucu 15 m/s iin hz konturu88Resim 13.12 Kanat ucu 20 m/s iin hz konturu88Resim 13.13 Kanat u ksm iin 20 m/s hz deeri iin ak hacminin tamamnn grn89Resim 13.14 Kanat ucu 5 m/s iin hz vektrleri90Resim 13.15 Kanat ucu 10 m/s iin hz vektrleri90Resim 13.16 Kanat ucu 15 m/s iin hz vektrleri91Resim 13.17 Kanat ucu 20 m/s iin hz vektrleri91Resim 13.18 Kanat arkasndaki trblansl akn yakndan grn 20 m/s hz deeri iin92Resim 13.19 Hz 20 m/s iin zm iterasyon says93Resim 14.1 Sinop ili iin rzgar hzlar 106

Simgeler ve ksaltmalar

Bu almada kullanlm baz simge ve ksaltmalar, aklamalar ile birlikte aada sunulmutur.

SimgelerAklama

aEksenel ak faktr (axial induction factor)BKanat sayscVeter uzunluu (m)Srkleme kuvveti (Drag coefficient)Kaldrma kuvveti (Lift coefficient)Trbin g katsaysRotor g katsaysMaksimum rotor g katsaysSrkleme kuvveti (N.m)Kaldrma kuvveti (N.m)Bileke kuvvet (N.m)kkort uzunluu (m)PG (W)Atmosfer basnc (Pa)rKanatn rotor merkezine olan uzakl (m)RKanat boyu (m)ReReynold saystOptimum kanat boyu (m)Ttme kuvveti (Thrust) (N.m), ,Rzgar hz (m/s)Rotor dzlemindeki hz (m/s)evresel hz (m/s)Asal hz (rad/s)lk katman ykseklii(mm)Younluk ()Balama as ()Hcum as ()Pervane dzlemi ile bileke kuvvet arasnda kalan a ()Profil karakteristii katsaysYer ekimi ivmesi (m/s2)Kanat u hz oran

KsaltmalarAklama

CFDHesaplamal akkanlar dinamii (Computational Fluid Dynamics)DERTDey eksenli rzgar trbiniETBKEnerji ve tabii kaynaklar bakanlEWWAAvrupa rzgar enerjisi birlii (European wind energy association)GWECKresel rzgar enerjisi kurulu (Global wind energy coincil)HADHesaplamal akkanlar dinamiikWKilowattLTDLimited irketiMSMilattan sonraMWMegawattNACANational advisory commitee for aeronauticsRTRzgar trbiniTUREBTrkiye rzgar enerjisi birliiUSAAmerika birleik devletleri (United states)YERTYatay eksenli rzgar trbinleriYEGMYenilenebilir enerji genel mdrlxii

RZGAR ENERJS

1.1. Rzgarn Tanm ve zellikleri

Rzgar yenilenebilir bir enerji kaynadr. Temelinde ise tpk dier tm fosil yaktlarda olduu gibi gne vardr. Yeryzne gelen gne nlarnn yaklak %1-2si rzgarlar oluturmaktadr.Dolaysyla rzgar, gne enerjisinin evrime uram bir halidir. Baka bir deyile, rzgar enerjisi, hz enerjisine dnm gne enerjisidir denilebilir [Akova,2008; ztrk, 2008].

Kara, deniz ve atmosferin kendine zg zgl slar mevcuttur. Gne tarafndan yeryzne ulaan nlar o blgenin kendine zg zgl ssnda deimeye neden olur. Bu da yeryznde scaklk farklar meydana getirir. Yzeyde oluan bu scaklk farklar da beraberinde basn farklarn meydana getirir. Bylelikle yzeyde farkl basnlara sahip basn merkezleri oluur. Basn farkndan dolay hava akm harekete geer ve daima yksek basn merkezinden alak basn merkezine doru akar. te bu akan hava ktlesine rzgar ismini vermekteyiz. Rzgar atmosferdeki havann doal hareketidir. ki blge arasndaki basn fark ne kadar yksek olursa, rzgar o kadar hzl eser [Akova,2008; ztrk, 2008].

Rzgar gcn daha iyi kavrayabilmek iin birka rnek verecek olursak; rzgarn kara paralarnda ekil deiiklii meydana getirmesi, zellikle llerdeki baz tepelerin rzgar etkisiyle srekli olarak deimesi, okyanus ve denizlerdeki dalgalarn meydana gelmesinde rzgarn etkisinin ok byk oluu, ayrca rzgarlarn bitkilerin dllenmesine sebep olmas gibi nemli zelliklere sahip olmas bakmndan da nemi yadsnamaz [ztrk, 2008].

Yenilenebilir enerji kaynaklar arasnda en gelimii ve ticari adan en uygunu, evre sorunlarna yok denecek kadar az lde neden oluu, gne var olduu srece asla tkenmeyecek olan rzgar enerjisi, teknolojinin hzla ilerlemesiyle birlikte son yllarda byk gelime gstermi, 1997-2007 yllar arasnda yaplan aratrmaya gre istatistiksel olarak dnya genelinde 10 katlk bir byme gstermitir [Akova, 2008].

Yenilenebilir enerji sektrnde byme oranlar gz nne alndnda, hi bir enerji eidi bu oranda byme salayamamtr. Rzgar trbinlerindeki gelimeler ve verimin artrlmas, trbin retim maliyetlerinin d gibi etkenlerden dolay, rzgar enerjisinden elektrik retimin maliyeti, geleneksel elektrik enerjisi retim maliyetleri ile rekabet edebilir hale gelmitir [Akova, 2008].

RZGR ENERJSNN AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI

2.1. Avantajlar

Temiz bir enerji kaynadr. evre dostudur. -Yenilenebilirdir, bitmesi gibi bir durum gne var olduu srece olmayacaktr ve hi bir atk madde iermez. Bu yzden sera gazlar dolaysyla asit yamurlarna neden olmaz. Fosil yakt kullanmn azaltr. Yatrm ve iletme masraflarnn dk oluu (kurulum maliyeti karlandktan sonra) sadece bakm ve onarm masraf vardr, ham madde sknts yoktur. ehir ebekesinin ulamasnn mmkn olmad ya da zor olduu durumlarda ok elverilidir. Rzgar tarlalar ayn zamanda hayvancla ve tarma aktr. Bu durum dnldnde ayn arazinin farkl iki ama iin ayn anda kullanlmas byk bir avantajdr. retim maliyetlerinin gelien teknoloji sayesinde gnden gne dmesi. stihdam yaratma gc sayesinde nemli bir sektrdr. Avrupa'da bu sektrde alan says 2008 ylnda 235 000 kii olarak hesaplanmtr. alan says megawatt bana 15-19 kii olarak hesaplanmtr. Avrupa rzgar enerjisi ajansna gre, 2020 ylnda bu sektrdeki alsan saysnn 960 000 kiiye ykselecektir. mr dolan rzgar trbinlerini skp kaldrmak kolay bir ilemdir [Busby, 2012; Akova, 2008; ztrk, 2008].

Resim 2.1 Hollanda'daki bir rzgr iftlii, hayvanclk amacyla da kullanlabilmektedir [Durak ve zer, 2008].

2.2. Dezavantajlar

En nemli dezavantaj rzgarlarn dzenli olmaydr, bu durum enerji retiminde dalgalanmaya sebebiyet verecektir. Bu da arz-talep ilikisinde dzensizliklere sebebiyet verecektir. Enerjinin yksek arz edildii zamanda dk talep olabilecei gibi, yksek talep olduunda rzgar hznn dk oluu sebebiyle dk arz olabilir ve talebi karlayabilir. Bylece arz-talep ilikisinde uyumsuzluklar grlebilir ki bu istenmeyen bir durumdur. Talebin dk olduu zamanlardaki retilen fazla enerjinin depolanmas sz konusu deildir. Bu konuda almalar her ne kadar devam etse de u ana dek olumlu bir sonu alnamamtr.

Rzgr trbinlerinin grltl almalar da bir dier dezavantajdr, ancak grlt kirlilii bakmndan ok byk etkileri yoktur. Bu etkiyi azaltmak amacyla rzgr santralleri ile yerleim birimleri arasnda 500-600 m.lik bir mesafenin bulunmas gereklidir. Bu olumsuzluun ortadan kaldrlmas amacyla, baz teknolojik nlemler alnabilir, grltnn azaltlmas iin, teknik bir ilem olarak pervane, titreimi emen, salnml bir yatak kullanlarak dili kutusundan, izole edilmekte ve dili kutusu ve jeneratr iinde bulunduran tekne, lastik ile yaltlmaktadr.

-Rzgar trbinlerinin yerleim yerlerine yakn yerlerde konulandrlmas dolaysyla radyo, tv ve buna benzer dier haberleme dalgalarn olumsuz etkiledii tespit edilmitir. Rzgar trbinlerinin birbirlerinin rzgarn kesmemeleri asndan alnan nlem sonucunda kurulan rzgar tarlalar byk alan kaplayabilir. Ancak bu dezavantaj avantaja evirmek mmkndr. Bu gibi durumlarda ayn alan tarm ya da hayvanclk iin kullanlabilir, bylelikle bu dezavantaj ortadan byk oranda kalkm olacaktr. Yksek hzla dnen ve yksek kule boyuna sahip rzgar trbinleri kularn lmlerine sebep olabilmektedir [Busby, 2012; Akova, 2008; ztrk, 2008].

RZGAR GC TARHES

Resim 3.1 Hollanda'daki geleneksel bir yel deirmeni [Fanchi, 2005].

Yazl belgelerden yola karsak tarihte ilk olarak yel deirmeni eklinde MS644 ylnda bugnk ran-Afganistan civarnda Seistanda, MS 750-850 yllar arasnda inde pirin tarlalarnda sulama amal olarak kullanld bilinmektedir. lk kez 1888 ylnda, Charles F. Bush tarafndan tasarlanan bir makina vastasyla Ohio, Cleveland, ABDde rzgardan elektrik retimi gerekletirilmitir. Bu makinann gc 12kWdr. Daha sonra 1970li yllara kadar rzgar trbinlerinde pek gelime olmamtr. 1970li yllarda yaanan petrol krizinin ardndan rzgar trbinlerinde nemli gelimeler olmu, bata Danimarka, ABD, Almanya, Hollanda, spanya gibi devletler rzgar enerjisindeki konularda aratrma ve gelitirmeye hz kazandrmlardr. Rzgar trbininden ilk kez elektrik retimi ise 1891 ylnda Paul La Cour tarafndan Danimarkada gerekletirilmitir. Ancak elektriin birim fiyat yksek olduu iin 1980-1981 yllarnda gelien teknoloji ve endstri ile beraber 55kWlk rzgar trbinleri retimine balanlmtr. 1982de Danimarkada uzun sredir kullanlmakta olan rzgar trbinleri Kaliforniya piyasasna girmitir [ztrk, 2008].

Resim 3.2 Altamontdaki (Kaliforniya)eski sistem bir rzgar trbini tarlas [Busby, 2012].

1989 ylnda Almanyada rzgar trbini teknolojisi hzla ilerlemi, rotor ap 25m, k gc 150-250 kW olan rzgar trbinleri imal edilmitir. Bu rzgar trbinlerinin 2-3 yl piyasaya egemen oluunun ardndan 1992de Tacke-Windtechnikin yapt 500kWlk rzgar trbini piyasaya sunulmutur. Bu rzgar trbinini Enerconun E40 ve dier Avrupal reticilerin rettii trbinler takip etmitir. Daha sonra ayn yl 46m rotor apna sahip 600 kW gcnde, zellikle i blgeler -daha dk rzgar hzna sahip blgeler-, iin tasarlanm olan rzgar trbinleri retilmitir. 1996da Enercon 66m apnda ve 1.5MW gcndeki rzgar trbinlerini retmi, bu ilerlemeyi yine ayn apta ve 1.65MW gce sahip trbinler izlemitir [ztrk, 2008].

Gnmzde ise 70m, 80m, 90m ve 100m rotor apna sahip trbinlerden 2MW ya da daha yksek glerde rzgar trbinleri grmek olaan d deildir [Busby, 2012; Durak,2008].

Resim 3.3 Rzgar trbinlerinin kapasitelerinin ve boylarnn tarihsel geliimi [Busby, 2012].

Rzgar enerjisi bakmndan deniz alanlar karalara gre daha zengindir. Bu nedenle deniz st rzgar santralleri kurulmasna balanlmtr. Bata, bunun iin derinlii 10myi gemeyen alanlar belirlenmitir. lk olarak Danimarka'nn Lolland adas yaknlarnda kurulan Vinedeby rzgar iftliinin kapasitesi 5MW gcndedir. u an Avrupada 12MW gcndeki deniz st rzgar santrali alr durumdadr. Bu kurulu gcn 180MWa karmay amalamaktadr. 2030 ylnda ise rzgardan elde edilecek gcn yaklak %25inin deniz st rzgar trbinlerinden elde edilecei tahmin edilmektedir. Her enerji trnde olduu gibi rzgar trbininde de asl ama daha yksek verimle daha yksek miktarda enerji elde etmektir. Fakat bu amaca uygun hareket ederken maliyet de dnlmeli ve mmkn olduunca dk maliyet istenilmelidir. Bu adan bakldnda deniz zeri rzgar trbinleri hem yksek maliyet gerektiren hem de yksek g elde edilebilen bir trbin eididir ve bu yksek kurulum maliyetlerine ramen 50MW ve zeri g elde edilebilen projelerde tercih edilmesi gerekir. Ayrca deniz zeri rzgar trbinlerinin bakm ve onarmnn zor oluu ve masraflarnn da yksek olduu unutulmamaldr [ztrk, 2008].

Resim 3.4 Danimarka'daki (Kopenhag) deniz zeri rzgar santrali [Busby, 2012].

DNYADA VE TRKYEDE RZGAR ENERJS DURUMU

4.1. Dnyada Rzgar Enerjisi Durumu

Potansiyeli bakmndan rzgar doada hali hazrda var olmas sebebiyle doal potansiyel olarak adlandrlr. Bu doal potansiyeli teknoloji yardmyla yeil bir enerji olan rzgar enerjisine dntrmek ve bu suretle enerji ihtiyacn gidermek amacyla dnyadaki bir ok devlet 1970 li yllardaki petrol krizinden sonra bu alana youn ilgi gstermitir. Bunun sonucunda ileri gelen birok devletin nclnde son yllarda rzgar trbini kurulumuna ok byk lde ilerleme kat edilmitir. Bu gelimenin ne kadar hzl ve byk olduu aadaki izelgeler ve ekiller vastasyla anlalabilir [Durak ve zer, 2008].

ekil 4.1 Dnya apnda eklenen yllk rzgar enerjisi kapasitesi (MW)1996-2012 [EWEA, 12.10.2013].

ekil 4.2 Dnya apnda toplam yllk rzgar enerjisi kapasitesi (MW) 1996-2012 [EWEA,12.10.2013].

ekil 4.3 En ok rzgar enerjisini kullanan 10 lkedeki rzgar enerjisi kapasitesi grafiksel olarak gsterimi [EWEA,10.12.2013].

izelge 4.1 En ok rzgar enerjisini kullanan 10 lkedeki rzgar enerjisi kapasitesinin tablo olarak gsterimi [EWEA, 10.12.2013].

lkeMW%Pay

in75 32426,7

USA60 00721,2

Almanya31 30811,1

spanya22 7968,1

Hindistan18 4216,5

Birleik Krallk8 4453

talya8 1442,9

Fransa7 5642,7

Kanada6 2002,2

Portekiz4 5251,6

Dnyann geri kalan39 85314,1

Toplam ilk 10242 73485,9

Toplam Dnya282 587100,0

4.2. Trkiyede Rzgar Enerjisi Durumu

Rzgar potansiyeli bakmndan zengin olan blgelerimiz Ege, Marmara ve Dou Akdeniz kylardr. Yenilenebilir Enerji Genel Mdrl tarafndan hazrlanan Trkiye Rzgar Atlasna gre yerleim alanlar dnda 50m ykseklikteki rzgar hzlar, Marmara, Bat Karadeniz, Dou Akdeniz kylarnda 6.0 7.0 m/sn, i kesimlerde ise 5.5 6.5 m/sn civarnda, Bat Akdeniz kylarnda 5.0 6.0 m/sn i kesimlerde 4.5 5.5 m/sn, Kuzey Bat Egede ise kylarda 7.0-8.5 m/sn, i kesimlerinde ise 6.5-7.0 m/sndir [YEGM, 2013]. Wijk, A.J.M. van, ve Coelingh J.P. nin 1993 ylnda yapm olduklar almaya gre ise, Trkiyenin teknik potansiyeli 83 GW, retim potansiyeli ise 166 TWh/yl dr. Trkiye rzgar enerjisi birlii istatistik raporuna gre [2012 aralk] rzgardan elde edilen enerjisi 2300MWn zerindedir [Durak ve zer,2008].

ekil 4.4 Trkiye'deki kurulu g bakmndan (MW) rzgar enerjisinin yllara gre dalm (1998-2012), [TUREB, 20.12.2013].

ekil 4.5 Trkiye'deki rzgar enerji santrallerinin blgelere gre dalm [TUREB, 20.12.2013].

ekil 4.6 Trkiye'deki rzgar enerjisi santrallerinin markalara gre oran [TUREB, 20.12.2013].

Resim 4.1 TrkiyeRzgarenerjisiharitas [YEGM, 20.12.2013].

Resim 4.2 Trkiye ortalama yllk rzgar hz dalm [ETKB, 20.12.2013].

RZGAR TRBN ETLER

Rzgar trbinlerini farkl zellikleri bakmndan farkl ekillerde snflandrabiliriz [ztrk, 2008];

5.1. Glerine Gre Snflandrlmas

-Mikro Trbinler= (0-3)kW arasnda retilen yapan trbinler-Kk Rzgar Trbinleri= 30kWdan az retim yapan trbinler-Byk Rzgar Trbinleri=200kW- 1.5MW arasnda retim yapan trbinler-ok Byk Rzgar Trbinleri= 5-10MW arasnda retim yapan trbinlerdir [ztrk, 2008].

5.2. Rzgar ile Kanat Etkileimine Gre Snflandrlmas

-Srkleme ve kaldrma cihazl eklinde ikiye ayrlrlar [ztrk, 2008].

5.3. Kontrol Sistemlerine Gre Snflandrlmas

-Derece kontroll trbinler-Yavalatc kontroll trbinler-Aktif yavalatc kontroll trbinler [ztrk, 2008].

Ancak rzgar trbinlerini snflandrrken genel olarak dnme ekseni baz alnr [ztrk, 2008]. Rzgar trbinleri dnme eksenine gre;

-Yatay eksenli rzgar trbinleri -Dikey eksenli rzgar trbinleri-Eik eksenli rzgar trbinleri

eklinde snflandrlrlar [ztrk, 2008].

5.4. Yatay Eksenli Rzgar Trbinleri (YERT)

Bu trbinlerde, dnme ekseni rzgar ynne paraleldir. Rotor yz rzgar dnktr, kanatlar rzgar ynyle dik a yapar. Bu trbinlerde kanat says arttka rotor daha hzl dner. Genel olarak yerden 20-30 metre ykseklie yerletirilirler.Verimleri yaklak %45tir. Rotor kanatlarnn says, kanat u hz oranna bal olarak belirlenir. Rzgar hznn rotor kanad u hzna blnmesiyle belirlenir [Durak ve zer, 2008].

=1-5ok kanatl rotor(5.1)=6-8 kanatl rotor(5.2)=9-15iki kanatl rotor(5.3)=15tek kanatl rotor(5.4)

Yatay eksenli rzgar trbinleri rzgar al ynne ve kanat saysna bal olarak eitlilik gsterirler [Durak ve zer, 2008].

Resim 5.1 Yatay eksenli bir rzgar trbini [TUREB, 2013].

5.4.1. Rzgar nden alan rzgar trbinleri

Bu tr trbinlerde rotor yn rzgara dnktr. Yatay eksenli rzgar trbinlerinin ou rzgar nden alacak ekilde tasarlanmtr. Yaygn olarak kullanlan bu tipin en byk avantaj kulenin oluturduu rzgar gcnden etkilenmemesidir. Etkilenmeyiinin nedeni kanatlarn rzgar kuleden daha nce aldr. Bu tr trbinlerin dezavantaj ise trbinin srekli rzgara dnmesi gereksinimi nedeniyle dmen sistemine ihtiya duymasdr. Ayrca kanatlar kuleden her geiinde g retimi azalr, bu nedenle kanatlarn sert malzemeden yaplmas gereklidir. Bu trbinler iin Yaw mekanizmas gerekmektedir [ztrk, 2008, Durak ve zer, 2008].

Resim 5.2 Rzgar nden alan bir rzgar trbini [Chiras, 2009].

5.4.2. Rzgar arkadan alan rzgar trbinleri

Bu tr trbinlerde rotor yn rzgara bakmaz. Rotor kule arkasna yerletirilir. En nemli zellii Yaw sistemine ihtiya duymaydr. Esnek kanat yaps vardr. Bu nedenle rzgar nden alan rzgar trbinlerine kyasla daha hafif olurlar, kule yk daha azdr. Btn bu stn zelliklerine ramen yaygn olarak kullanlmazlar. Sebebi ise, kanadn kuleden gemesi srasnda oluan g dalgalanmasnn rzgar nden alan rzgar trbinlerine oranla rzgar trbinine daha fazla zarar vermesidir [ztrk, 2008; Durak ve zer, 2008].

Resim 5.3 Rzgar arkadan alan rzgar trbini [Chiras, 2009].

5.4.3. Tek kanatl rzgar trbinleri

Dnme hznn yksek olmas sebebiyle, rzgar trbininin ktlesi ve rotorun dnme momenti azdr. Ek ykler nedeniyle oluan aerodinamik dengesizlik ve mekanizma hareketinin kontrol altnda tutulabilmesi iin gbek tasarm ok nemlidir. Kanat u hz kanatl rzgar trbinine kyasla iki kat daha yksek olduundan ok daha fazla grlt meydana getirmektedir. Balarda tek kanatl rzgar trbinlerinin daha ekonomik bir zm olaca dnlm, tek kanatl olduu iin kanatl bir sisteme gre daha ucuz olaca zannedilmitir. Ancak yukarda da anlatld gibi yksek rotasyonel hzn, grltnn ve kanad dengelemek iin kar tarafa bir arlk konulmasnn gerekmesi gibi nedenlerden dolay tek kanatl rzgar trbinleri istenilen gelimeyi gsterememilerdir [Durak ve zer, 2008].

5.4.4. ift kanatl rzgar trbinleri

ift kanatl rzgar trbinleri de tpk tek kanatl rzgar trbininde olduu gibi kanat says az olduundan dolay maliyeti azaltaca dnlmtr. Her ne kadar tek kanatl rzgar trbinine gre rotor dengesi daha dzgn de olsa, dinamik hareketi nlemek iin artan g gereksinimi maliyetin artmasna neden olur. Bu trbinlere gbein titreimin azaltmak iin kadran sistemi eklenmitir. kanatl rotorla kyaslandnda en nemli stnl kanat u hznn yksek oluudur ancak dk rzgar hzlarnda (3m/s) almalar ve yksek grlt seviyesi istenmeyen zellikler arasndadr. Ayrca ift kanatl veya tek kanatl rzgar trbinlerinin tasarm kanatl rzgar trbinine kyasla ok daha zordur. Bu gibi nedenlerden dolay kullanm ok yaygn deildir [Durak ve zer, 2008].

5.4.5. kanatl rzgar trbinleri (Danish concept)

Danish concept olarak da bilinirler. Gnmzde dnyann drt bir yannda kullanlan modern rzgar trbinleri kanatl olarak tasarlanmlardr. Pervane rzgarn geldii ynde durmaktadr. Sapma mekanizmas olarak da kk elektrik motorlar kullanlmaktadr. Ancak kanatl rzgar trbinlerinin kullanlmasndaki asl ama dnme momentinin daha dzgn olmasdr. Trbinde salnma neden olan atalet momenti olmadndan gbek (hub) iinde titreimi nleyen pahal elemanlara gerek yoktur. Kanat u hz 70 m/s altnda olduu iin sessiz alrlar, yani grlt seviyesi olduka dktr. Bu nedenle sarsntsz alrlar. Ayrca gz estetiini bozmaylar da grnm asndan olduka avantaj salamaktadr. Kk rzgar trbinlerinde kanatl rotor kullanld zaman g problemleri ortaya kar. Bunu nlemek iin dk devirlerde dnen rotorun devir saysn 1/n orann da artran dililer kullanlr ve istenilen hz deerine gelinceye kadar jeneratr bota alr. Bylelikle dk gl rzgar trbinlerinde kanat kullanmndan oluan problem zlm olur [Durak ve zer, 2008].

Resim 5.4 Hollanda'da Rotterdam yaknlarnda bulunan kanatl modern bir rzgar trbini [Fanchi, 2005].5.4.6. ok kanatl rzgar trbinleri

Rzgar gl eklinde de isimlendirilebilirler. Gelimemi rzgar trbinlerinin ilk rnekleridir. ok uzun yllar sadece su pompalamak amacyla kullanlmlardr. ok kanatl retiminin asl nedeni moment gereksinimini karlamaktr. Dk hzlarda bile alabilmeleri avantajl yndr.Trbin kanatlar genilikleri, pervane gbeinden ulara gidildike artar.Pervane mili, dili kutusuna balanarak, jeneratr mili devir says artrlr. Gnmzde hala kullanlan yerler olsa da kullanm ok yaygn deildir [Durak ve zer, 2008].

Resim 5.5 ok kanatl bir rzgar trbini [Chiras, 2009].

5.5. Dey Eksenli Rzgar Trbinleri (DERT)

Bu tip rzgar trbinlerinde rzgar yn dnme eksenine diktir. Rzgar trbininin kanatlar dey konumdadr. Dey eksenli rzgar trbinlerinin en stn zellii rzgar her eksende (Ynde) kabul edebiliyor oluudur. Verimleri yatay eksenli rzgar trbinlerine oranla biraz daha dktr (yaklak olarak %35tir). Bu tip rzgar trbinlerinde jeneratr ve vites kutusunu yerletirmek iin kuleye ihtiya yoktur, nk bu elemanlarn toprak seviyesine yerletirilebilmesi mmkndr. Dk hzlarla alrlar. Yaw mekanizmas bu sistemlerde bulunmaz. Kanat saysndaki art, mekanizmann ktlesini arttrdndan yksek rzgar hzlarnda verimsiz alrlar.Kuleye ihtiya duymamas, Yaw mekanizmasna gerek olmamas, bakmnn ve onarmnn kolay olmas (trbin mili dnda, trbin milinin yataklarnn deitirilmesi gerektiinde makinann tamamnn yere yatrlmas gereklidir ki bu zor bir ilemdir), retilen gcn daha kolay iletilmesi gibi stn zellikleri olsa da ticari kullanmlar ok azdr. Daha ok deneme amal retilirler. Bu tip trbinlerin olumsuz yan ise veriminin dk oluu, yere yakn oluundan kaynakl rzgar hzlarnn dk oluu, almaya balamas iin sisteme ilk hareket motoru eklenmeli ve bu motor vastasyla sistemin almaya balamas iin sisteme ilk tahrik verilmesi gerekir. Trbinin ayakta durabilmesi iin yere sabitlenmesi gerekir. Bu sistemlerin rnekleri gemite su pompalamak iin yaplmtr. farkl tipi mevcuttur [Gipe, 2004; ztrk, 2008; Akova, 2008]. Bunlar;- Savonious rzgar trbinleri- Darrieus rzgar trbinleri- H-Darrieus rzgar trbinleri

5.5.1. Savonious rzgar trbinleri

1925 ylnda Finlandiyal mhendis Sigurd J. Savonious tarafndan kefedilmitir. ki yatay disk arasna yerletirilmi ve merkezleri birbirine gre simetrik bir ekilde kaydrlm iki yarm silindirden oluur. Bunlara kanat adn vermitir. Savonious rzgar trbininin alma ilkesine gre, trbine gelen rzgarn oluturduu etkiyle silindirin i ksmnda pozitif, d ksmnda negatif moment oluur ve oluan pozitif moment negatif momentten byk olduundan sistem pozitif moment ynnde dner. Dier dey eksenli rzgar trbinlerine oranla dk rzgar hzlarnda dahi iyi balang yapma zellii gsterir. Yapmnn kolay ve ucuz oluu, kendiliinden harekete balamas gibi stn zellikleri olsa da aerodinamik performans dk olduu iin kullanlmamaktadr. Son zamanlarda bu zellii gelitirmeye almaktadrlar. Bu tip rzgar trbinleri tpk dey eksenli rzgar trbinlerinde olduu gibi ilk kullanm amalar su pompalamak, havalandrma yapmak gibi alanlardr [Busby, 2012].

ekil 5.1 Savonious tipli bir rzgar trbini [Busby, 2012].

5.5.2. Darrieus rzgar trbinleri

1931 ylnda Fransz mhendis George Jean Darrieus tarafndan gelitirilmitir. 1970 ve 1980lerde Amerika ve Kanadada kanat tasarmna ilikin detayl almalar yaplmtr. Fakat istenilen verim bir trl elde edilememitir. Kanatlarn geometrik formu aerodinamik profile sahip olduu iin yksek performansldr. Genellikle iki veya kanatl olarak tasarm yaplr. Kanatlarn eimli olmas dolaysyla ekme gerilimleri en alt dzeydedir. lk harekete ihtiya duyarlar, bunun iin bir hareket motoruna ihtiya duyarlar ya da Savonious tipi bir rzgar trbini vastasyla da yaplabilir. Darrieus rzgar trbininde kanatlar uzun eksenli bir elips oluturacak ekilde yerletirilirler. Kanatlarda i bkey ve d bkey yzeyler arasnda ekme kuvvetinden dolay bir fark oluur, oluan bu ekme kuvvetinden dolay dnme meydana gelir. Yapsndan dolay bu rzgar trbinlerinde devir bana iki kat daha yksek moment elde edilir. Rzgarn tek ynden estii dnlrse, trbinden elde edilen g bir sins erisi oluturacaktr. Bu tip rzgar trbinlerin de gnmzde pek fazla kullanlmaz. zerinde yaplan uzun ve detayl almalara ramen istenilen gelimeyi gstermeyii olduka baarsz bir tasarm olduu gstergesi olarak yorumlanabilir [Busby, 2012; ztrk, 2008; Akova, 2008].

ekil 5.2 Darrieus tipli bir rzgar trbini [Busby, 2012].5.5.3. H-darrieus rzgar trbini

Dey eksenli rzgar trbinlerinden biridir. Aslnda darrieus tipini gelitirmeye alrken ortaya km, darrieus tipine gre daha karmak bir yapya sahip olan bir rzgar trbinidir. Darrieus tipli bir rzgar trbininden en byk fark aerodinamik yapsnn daha dzgn oluudur. Ayrca kanatlarda pitch kontrol uygulanr [ztrk, 2008].

5.6. Eik Eksenli Rzgar Trbinleri (Wagner Rzgar Trbinleri)

Dnme ekseni deyle, rzgar ynyle a yapan rzgar trbinleridir. Bu tip rzgar trbinlerinde kanatlar ile dnme eksenleri arasnda belirli bir a bulunmaktadr. Pek yaygn kullanlmazlar [ztrk, 2008].

5.7. Rzgar Trbinlerinin Birbirleriyle Karlatrlmas

izelge 5.1 Byklklerine Gre Trbinlerin Kyaslanmas [ztrk, 2008].

Kullanm AlanlarBir Tek Trbin Gcretilen Enerjinin Verildii YerAk htiyacBakm MasraflarKurulum Masraflar

Byk RTlerEndstriyel50kW-2MWebekeYokVarYksek

Kk RTlerKiisel50W-20kWiftlik evleri, Telekomnikasyon alcs, Radyo kulesi, Seralar, Acil Telefonlar vb.VarYokDk

izelge 5.2 Rzgar Al Ynne Gre Trbinlerin Kyaslanmas [ztrk, 2008].

Yaw Mekanizma htiyacKanat Malzeme YapsKuleye Binen YkRzgar Trbinine Verdii Zarar

Rzgar nden Alan RTVarSertArAz

Rzgar Arkadan Alan RTYokEsnekHafifok

izelge 5.3 Kanat eitlerine Gre Trbinlerin Karlatrlmas [ztrk, 2008].

YERTDERT

Tek Kanatl2 Kanatl3 Kanatlok KanatlSavoniousDarrieus

MaliyetYksekYksekDkDkDkDk

Estetik GrnmKtKtyiyiyiyi

GrltYksekYksekDkAzAzAz

alma HzYksekDkYksekDkDkDk

Kule htiyacVarVarVarVarYokYok

Kullanm AmacElektrikElektrikElektrikAz Elektrik ve Su pompalamaAz Elektrik ve Su PompalamaAz Elektrik ve Su Pompalama

Gnmzde kullanmYokYokVarVarAzAz

Rotorun Dnmesi in RzgarKaldrrKaldrrKaldrrKaldrr ve SrklerKaldrr ve SrklerKaldrr ve Srkler

izelge 5.4 Kullanlmakta olan rzgar trbinleri ve bunlarn kullanm yerleri [ztrk, 2008].

Rotor tipi [G Katsays]RpmTorkKullanm Yeri

Pervane Tipi

0.42YksekAlakElektrik retimi

Darrieus Tipi

0.40YksekAlakElektrik retimi

ok Kanatl Tip

0.35OrtaOrtaElektrik retimi veya Su pompalama

Yelken Kanat Tipi

0.35OrtaOrtaElektrik retimi veya Su pompalama

Savonious Tipi

0.15AlakYksekSu pompalama

Hollanda Tipi

0.17AlakYksekSu Pompalama veya deirmen

RZGAR TRBN TEMEL ELEMANLARI

Bir rzgar trbininin temel elemanlar olarak kule, kanat ve nasel olarak 3e ayrlr. Resim 6.1de bu bileenler ve o bileenlerle ilgili baz kriterler gsterilmitir [Durak ve zer, 2008].

Resim 6.1 Bir rzgar trbininin nden ve yandan grn [Durak ve zer, 2008].

6.1. Kule

Rzgar trbininin nasel ve pervanesini tamakla grevli ksmdr. Rzgar trbininin gcne, byklne, yksekliine gre boyutlar deiir. Dier bir deyile, rzgar trbininin gereksinimlerini karlayacak ekilde boyutlar deiiklik gsterebilir. Bilindii gibi kule boyunun yksekliiyle, retim kapasitesi arasnda doru orant vardr. Bunun nedeni ise yeryznden ykseklere kldka genellikle rzgar hznn artmasdr. Ancak unutulmamaldr ki, bir rzgar trbininde kulenin boyutlar ne kadar byrse maliyet de o oranda yksek olacaktr. Bu nedenle optimum bir denge salanmasnda yarar vardr. Kule boyutlandrlmasndaki bir dier parametre de kule malzemesidir. dolaysyla maliyeti nemli lde etkilemektedir. Kule malzemesi olarak genellikle elik ya da beton kullanlr. Rzgar trbinlerinin tm imalat giderlerinin % 10-18' i kule imalatna aittir. Bu nedenle tasarm ok nem kazanmaktadr. Tasarm yaplrken hem ihtiyalar karlamas hem de maliyeti gz nne alnmas gerekir [Durak ve zer, 2008; Chiras, 2009; Gipe, 2004].

6.2. Kanat

Rzgar trbininin en nemli bir paras olan ve gelen rzgar rotora ileterek mekanik g oluumunu salayan paralara kanat ismi verilmektedir. Tasarmyla ilgili en az bilgiye sahip olduumuz paradr. Tasarm ve retimi olduka kompleks bir sreci kapsamaktadr. Bu srecin kompleks olmasnn nedenini; tasarm, yaps ve materyal seimi eklinde zetleyebiliriz. Bu paralarn retimindeki asl amata optimizasyondur, bu optimizasyonu yaparken en nemli kriter ise aerodinamik yapdr. Aerodinamik yapnn dzgn oluu ok nemlidir, nk rzgardan elde edilecek enerjiyi bu aerodinamik yap belirlemektedir. Son yllarda en ok kullanlan kanatl rzgar trbinlerinin tasarmnda; alminyum, titanyum, elik, elyaflar (cam elyaf-polimer ve yksek verimli elyaflar) kullanlmaktadr. Kanat verim mekanizmalar trbin verimini dorudan etkilemesi asndan ok nemlidir. farkl tip kontrol mekanizmas bulunmaktadr; Pitch kontrol (hcum asn kontrol eder, aktif bir kontrol sistemidir), stall kontrol (rzgar hzna tepki veren pasif bir kontrol sistemidir), aktif kontrol sistemleri (pitch ve stall kontrol sistemlerinin karmdr), [Durak ve zer, 2008; ztrk, 2008].

6.3. Nasel

ekil 6.1 Bir rzgar trbininin naselinin zerindeki ekipmanlar ve konumlar [Busby, 2012].

Naselin iindeki ekipmanlar genellikle; ana yatak, dnen yatak, sapma mekanizmas, jeneratr, dili kutusu, fren sistemi ve hidrolik sistemden oluur, ancak nasel rzgar trbininin kapasitesine gre eitlilik gsterir baz yksek kapasiteli rzgar trbinleri iin nasel ierisinde ekstra ekipmanlar da bulunabilir [Busby, 2012; Durak ve zer, 2008].

6.3.1. Ana yatak: Dili kutusu, jeneratr, iletim sistemi gibi elemanlar tamakla grevli olan yapdr. elikten yaplr ve cvatayla nasele balanr [Durak ve zer, 2008].6.3.2. Dnen yatak: Rzgarn hzna gre naselin ynn deitirmek iin kullanlr [Durak ve zer, 2008].

6.3.3.Sapma mekanizmas: Yaw sistemi olarak da bilinir. Kanatlarn rzgarn estii ynde dnmesini salar. Rzgar ynnn tayini ise gbek yksekliinden llen yn sensoru sayesinde yaplmaktadr [Durak ve zer, 2008; Burton ve ark., 2001].

6.3.4. Jeneratr: Rzgar trbininde her bir kanadn balatma torkunun ok dk olmasna ramen, yksek hzda almas dolaysyla jeneratr kolaylkla harekete geirebilir. Kanata gelen rzgar sayesinde kanatlar dner ve bir dili kutusu vastasyla jeneratr dndrlr. Rzgar trbinlerinde elektrik retmek amacyla doru akm ya da alternatif akm oluturan jeneratrler kullanlr. Alternatif akm jeneratrleri, yksek kapasiteli rzgar trbinlerinde tercih edilmektedir. Bunun nedeni, doru akm jeneratrlerinin sk bakm gereksinimi ve alternatif akm jeneratrlerine gre daha pahal olmasdr. Doru akm jeneratrleri ise gnmzde sadece dk kapasiteli rzgar trbinlerinde aklere enerji depolamak amacyla kullanlr [Burton ve ark., 2001; Ackermann, 2005; Durak ve zer, 2008].

6.3.5. Dili kutusu: Rzgardan elde edilecek olan mekanik enerjinin elektrik enerjisine dntrlmesi iin jeneratre iletilmesi gerekir, ana aft ve jeneratr arasnda bulunmasnn nedeni bu iletimi salamaktr. Ana grevi ise bu iletimi salarken yava dnen pervane rotasyonel hznn dnmesi gereken jeneratr hz seviyesine karmaktr [Burton ve ark., 2001; Durak ve zer, 2008].

6.3.6. Fren sistemi: Baz istenmeyen ve beklenmeyen hallerde rzgar trbininin bileenlerinin zarar grmemesi adna aniden durdurulmas gerekebilir. Bunun iin ihtiya duyulan sistem bir fren sistemidir. ki farkl trde fren sistemi vardr [Durak ve zer, 2008].

6.3.6.1 Kanat ucu fren sistemi: Dier bir ad aerodinamik fren sistemidir. Kanat ucunun 90 dnmesi sayesinde sistem birka rotasyon ierisinde durmaktadr. Basit ve gvenli bir sistemdir [Durak ve zer, 2008].

6.3.6.2. Mekanik Fren sistemi: Ek bir gvenlik sistemidir. Aerodinamik sistemin yetersiz kald durumlarda devreye girer. Hidrolik bir sistemi vardr. aftn zerinde sabittir [Durak ve zer, 2008].

6.3.7. Hidrolik sistem: Yaw frenleri ve pervane frenleri iin ya basnc salar [Durak ve zer, 2008].

6.3.8. Gbek (Hub): Rzgar trbininin kanatlarnn bal olduu ksmna denilir [Durak ve zer, 2008].

TRBN KANADI AERODNAM VE RZGAR YK

Trbin kanat profili seilirken, kanat zerinde meydana gelen kuvvetlerden maksimum(optimum) gc elde edecek ekilde tasarlanm olan zel profillerden seilir. Kanat profillerinde genellikle st eri alt eriye gre farkl bir forma sahip olur. Bunun sebebi ise her iki tarafta farkl akkan hzlar oluturmaktr. Farkl akkan hzlar dolaysyla iki taraf arasnda bir basn fark meydana gelecektir. Oluan bu basn ise yksek basntan alak basnca doru bir kaldrma kuvveti oluturacaktr [Burton, 2001].

; Ak sebebiyle ak dorultusunda (her zaman aka paraleldir) olan kuvvettir (Drag force).

; Aka (ayn zamanda 'ye) dik olan kuvvettir(Lift force).'nin ve 'nin bileke kuvveti ise trbini dndren kuvvettir().

ekil 7.1 Kanat zerindeki kaldrma ve srkleme kuvveti ile bileke kuvvetin grnm[Hansen, 2008].

(7.1)(7.2)

Burada alan akn ''t'' kanat profili boyunca akn tarad alan olarak ifade edilirse;

A=t r (7.3)

olur.Dk hzl aklar iin Reynold says ve deitirir. Yani;

, (7.4)

Profil karakteristiini belirlemek iin, eklinde boyutsuz bir parametre belirlenmiitir. Burada deerlerini yerine koyarsak;

= (7.5)

olur.

saylar belirli bir Reynold says ve farkl hcum alar iin deneysel olarak hesaplanr ve elde edilen veriler sayesinde profil kalitesi tespit edilir [Hansen, 2000].7.1. Gelitirilmi Olan Teoriler

Rzgar trbini retimi yaplrken elde edilecek tahmini g asndan bu teoriler kritik nem tamaktadr. Bunlardan bazlar; ideal disk teoremi, kanat eleman teoremi, kanat eleman momentum teorisi, kaldrma izgisi teorisi, kaldrma yzeyleri metodu ve girdap teorisidir [Wilson, 1998].

deal disk teorisinde btn koullar ideal olarak dnlmtr. Bunun iin sfr kalnlkl bir rotor baz alnm ve sonsuz sayda kanat dnlmtr. Kanat momentum teorisi, kanat ve ideal disk teorilerinin birleimi eklinde ortaya kmtr. Bu metot sayesinde kanattaki erisel izgi zerinde analiz yaplabilmektedir. Dier metotlarn her biri belli bir ama iin retilmitir, rnein girdap teorisinde deiik rzgar hzlarnda analiz yaplabilir ya da kaldrma izgisi teorisi kanattaki kaldrmann dalmnn hesaplanmas iin kullanlabilmektedir [Burton, 2001].

7.1.1. deal disk teorisi

Rzgardan elde edilecek olan enerji miktar trbinin aerodinamik yaps ve boyutlaryla yakndan ilikisi vardr. Ancak sistem %100 idealken dahi retilebilecek olan maksimum enerji miktar vardr. Bunu en gzel aklayan teorem Betz teoremidir. Betz teoremi oluturulurken hareketli diskin nnde, zerinde ve gerisindeki hava iin enerjinin korunumu ilkesinden faydalanlmtr. Betz'in bu teoremine gre; kanat veter as, tasarm a hz oran, aerodinamik profil yaps, hcum as ve kaldrma katsays belirlenir. Betz bu teorem iin eksenel kayplar baz almtr. Profil kayplar ve kanat ucu civarndaki hava ak nedeniyle kayplar dikkate alnmamtr. Bu teoride diskten geen havann hz, diskin her noktasnda eit olmasna ramen basn aniden der. Bu basn fark dolaysyla hareket enerjisi artm olur. Betz akn srekli homejen ve sktrlamaz olduunu ve diskteki basncn deiiminin her noktada ayn olduunu, diskin giriinde ve knda trblans olmadn varsaymtr [Hansen, 2000; Burton, 2001; nder, 2006; Ingram, 2011]. Aadaki gibi bir kontrol hacmi alnrsa;

ekil 7.2 Akm tpndeki hareketli diskten geen ideallestirilmis aks [nder, 2006]

ekil 7.3 Akm tp boyunca hz ve basn dalm [nder, 2006]

hava aknn srekli olmas sebebiyle olur. Eer hava aknn sabit debili olmas sebebiyle olur.

Momentumun korunumu sayesinde bu sistemdeki net kuvvetler bulunabilir. Bunun iin Bernoulli ilkesinden yararlanrsak;

(7.6)ve(7.7)

P diskteki basn azalmasn ifade ettiinden; T=rotordaki itki kuvveti olur ise

T=A P(7.8)

olacaktr.

P=(7.9)

Daha nceden Bernoulli denklemine gre yazdmz iki denklem taraf tarafa toplanrsa;

(7.10)

olur, gereken sadeletirilmeler yaplrsa;

(7.11)

Rotor dzleminde hz eklinde basit olarak ortalamadan bulunabilir.

Eksenel ak faktr (axial induction factor) ise 0-1 deerleri arasnda deien boyutsuz bir byklktr ''a'' ile sembolize edilirse;

ya da (7.12)olarak verilir. Buna gre;

, (7.13)

olacaktr.

Rotordan elde edilen g k ise;

olacandan (T=AP)(7.14)

(7.15)

(7.16)

olacaktr. Bu denklem ak faktr ile tekrar dzenlenirse;

(7.17)

olur. P=T olduundan

T= (7.18)

olacaktr. Trbin g katsays ;

yani (7.19)

Trbin gvenlik katsays ;

yani 4a(1-a)(7.20)

Yukarda bulduumuz deerinin a'ya gre trevi alnrsa

=4(1-a)(1-3a)(7.21)

olur. maksimum deerini trevi 0'a eitken alacandan a=1/3 olarak belirlenir. a=1/3 olarak alndnda maksimum olacaktr [Hansen, 2000].

(7.22)

olarak bulunur.

Bu deer bize ideal artlarda rzgardan elde edilebilecek enerjinin miktarnn maksimum deerini gstermektedir. Bu deer teorik olarak en st limittir ve gerekte ulalmas imkanszdr. Bunun temel sebepleri ise rotorun sfr kalnlkl olamay, kanat u kayplarnn ihmal edilii ve aerodinamik srtnmenin varldr. Ksacas bu deere ulalamaynn temel sebebi yaplan varsaymlardr diyebiliriz [Hansen, 2000; Burton, 2001; nder, 2006; Ingram, 2011].

7.1.2. Kanat Eleman Teorisi

Rzgardan maksimum dzeyde enerji elde etmek iin kanat eklinin yaps son derece nemlidir. te bu teoride ideal disk teorisinden farkl olarak kanat eklinin de rzgardan elde edilecek olan enerjiye etkisi hesaba katlm ve kanat eklini optimum yapmay amalamtr. Rotorun arkasnda oluacak olan girdapl akm hesaba dahil edildiinden, teoride optimum kanat tasarm son derece nemlidir. Bu teoride de tpk ideal disk teorisinde olduu gibi baz kabuller vardr. Bu kabuller u ekilde zetlenebilir; hava akmnn srekli homojen ve trblanssz oluu, kanattaki her bir eleman kendinden bir sonra gelen kanat elemanndan bamsz oluu, akn iki boyutta olmas ( bu sayede hcum as yardmyla hz profili belirlenebilir) [Hansen, 2008].

ekil 7.4 Kanat elemanlarnn grn [Ingram, 2011].

Kanadn N paraya blndn dnrsek, her bir kanat eleman iin o kesitteki kuvveti o eleman zerindeki aerodinamik kuvvetlerdir. Yani her eleman bireyseldir ve bitiiindeki elemanlardan bamszdr. Kanat ucu kuvveti kanat boyunca btn elemanlardaki kuvvetin toplamyla bulunabilir [Ingram, 2011].

Sabit asal hzyla dnen bir kanadn herhangi bir kesitinde oluan evresel hz bileeni olduundan ;

ekil 7.5 Kanat balama ve hcum as gsterimi [nder, 2006]

sabit olduunda sadece r'ye bal olarak deiir, yani kanat zerinde ilerledike r artacandan de artacaktr. de kanat boyunca sabit olaca iin, kanat zerinde ilerledike bileke hz vektrnn(k), hcum asnn deitii grlebilir [Hansen, 2000; Ingram, 2011].

Optimum balama as ;

(7.23)

olarak verilir.Burada;

R kanat boyu

ile 'nin bilekesine dersek ve bu kuvvetin pervane dzlemiyle arasndaki a olarak tanmlanrsa;

pervane dzlemi zerindeki 'in izdm ise;

(7.24)

olur. arasndaki a ise;

(7.25)

olur.

, (7.26)

(7.27)(7.28)

gcn formlnden ;

P=(7.29)

(7.30)

yukardaki denklemlere gre yazlrsa

= (7.31)

olarak bulunur.

(7.32)

olarak elde edilebilir.

(7.33)

olur. Burada pervaneyi dndren kuvvettir. G ifadesinin geni hali ise;

dP= (7.34)olur. Buradaki g ifadesinden de anlalaca gibi tek kanattan elde edilen g dP olacaktr. Optimum kanat boyu t iin;t(r)= r (7.35)

Buna gre dP ifadesi;

dP=(7.36)

olarak elde edilir yukardaki denklem iin gereken sadeletirmeler yaplr ve r= r= kadar integrali alnrsa ve z kanat says ile arplrsa elde edilecek olan gcn denklemi bulunmu olur [Hansen, 2000].

dP=z rdr (7.37)

dP=8 r (7.38)

P = (7.39)olarak elde edilir.

7.2. Kanat Profil Kayplar

Bir rzgar trbini kanadndan elde edilecek en fazla g

(7.40)

olabilmektedir. Ancak bu deere ulamak imkanszdr. Sebebi ise yukardaki denklemde kayplarn yok saylmasdr [Burton, 2001]. Kanat kayplar unlardr:

7.2.1. Kanat u kayplar

Kanat u ksmnda profilin altndan stne doru bir hava hareketi oluur. Bu da kanat u ksmnda kanada gelen hava akmyla beraber girdap oluumuna sebep oluturacandan kanatta bir kayp meydana getirecektir. Bu kayp ;

(7.41)forml ile hesaba katlr [Burton, 2001].7.2.2. Diren kuvvetinden kaynaklanan profil kayplar

= 1- (7.42)

forml ile hesaba katlr. Ayrca kanat zerinde girdap kayplar meydana gelmektedir. Betz bu kayplar nemsememi ve hesaplamalarna katmamtr [Burton, 2001].

KANAT YAPISININ NCELENMES

kanat rzgar trbininin en nemli paralarndan biridir. nk kanat yaps trbinden elde edilecek gc nemli lde etkileyecektir. Rzgar trbini bileenlerinden zerinde en az bilgi sahibi olunan paradr. Bu yzden farkl kanat tasarmlar yaplm ve hala gnmzde en iyi kanat yapsnn dizayn iin analizler devam etmektedir. Kanat tasarmnn yaplmas ok karmak sretir. Bu srecin karmak olmasnda; kanad yaps, ekli, kanat yapm sresince kullanlacak olan materyaller etki etmektedir. Tasarmn temel amac kanadn yapsn trbinden elde edilecek gc maksimum yapmak iin optimize etmektir. Optimize ilemi yaplrken maliyet de gz ard edilmemelidir. Optimizasyon ilemi esnasnda zellikle aerodinamik yapya dikkat edilmelidir. nk rzgardan elde edilecek olan enerji kanat aerodinamik yaps sayesinde belirlenmektedir [Durak, 2008; Burton, 2001].

Teknolojik gelimelerin ok hzl ilerlemesiyle beraber trbin kanad standartlar da ykselmitir. Kanat dizayn elde edilecek enerjiye dorudan etkiyen bir parametre olduu iin gnmzde bu alanda AR-GE almalar hz kazanmtr. Bunun sonucu olarak kanat optimizasyonunda srekli olarak ilerleme kaydedilmektedir. Kanat dizayn yaplrken ilk olarak kanattan beklentinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu dorultuda kanattan en byk beklenti; en uzun vadede dayanmn korumas, aerodinamik yaps dolaysyla trbinden elde edilecek enerjiye katkda bulunmas, d etkenlere kar yzey kalitesini korumas gibi parametrelerdir [Durak, 2008; Burton, 2001].

Bu balamda yaplan almalar gstermektedir ki: kompozit malzemelerin kullanlmas (kompozit kanat yaps) rzgar trbini kanad iin en uygun yntemdir. Bu yntemi belirlerken ekonomik ve performans beklentileri gz nne alnm yllar sren almalar, aratrmalar ve deneyimler sonucunda belirlenmitir. Bu seim srecinde kompozit kanat yapsnn seilmesinin de etkili olan sebepleri ve kompozit kanat yapsnn avantajlar unlardr; Salamlk ve dayankllk; Kompozitlerin belli malzemelerle kartrlmas sonucunda yksek dayanm ve salamlk elde edilebilmektedir. Bu zellik sayesinde performansta ok nemli gelime kat edilmitir. Enerji tasarrufu salanmtr [Spera, 2000].

Yorulma sresi; Kompozit malzemelerde yorulma sresi baz sektrlerde ok nemli bir parametredir. zellikle havaclk sektrnde ok nemli bir parametredir. Ayrca kprler vb. gibi yerlerde de gz ard edilemez bir faktrdr. Rzgar trbininde de kanatlar uzun yllar deiken yklere maruz kalacandan bu parametre nemli bir yer tutar. Kompozit malzeme kullanmyla yorulma sresi bakmndan daha elverili rzgar trbini kanatlar elde edilmitir. Bu nedenle kompozit malzeme kullanmnn nemli avantajlarndan birisi yorulma sresine olan etkisidir [Spera, 2000].

Optimum tasarm; Optimum tasarm yaplrken, farkl kompozit malzeme kombinasyonlarnn oluu, tabaka says, tabaka tipi gibi parametrelerden dolay retimde bilgisayar kullanm, uzman yardmc sistemler (yapay zeka vb.) vastasyla optimum tasarm iin gelime salanmaktadr [Spera, 2000].

Korozyon direnci; Polimer ve seramik malzemeler, kompozit malzemelerin kimyasallara kar korozyon direncini artrr. Korozyon direnci yksek malzemeler kullanlmasnn temel amac bakm gerektirmemesidir. Bu nedenle nemli bir parametredir [Spera, 2000].

Isl genleme katsays; Hemen hemen her alanda nemli bir parametredir. nk srtnmeden dolay ya da scaklk farkndan dolay malzemelerde termal gerilim meydana gelebilir. Bunun nne gemek iin ise sl genleme katsays minimum olan malzemeler kullanlmaldr. Kompozit malzemeler bize sl genleme katsays dk olan malzemeler retmemize olanak tanrlar [Spera, 2000].

Etkin retim; Otomatikletirilmi sistemler vastasyla retilebilen kompozit malzemelerin atk malzeme oluumu talal imalat yaplan elik, alminyum gibi malzemelere oranla ok azdr. Ayrca kompozit malzemeler son ekil bakmndan, alminyum yada elik paralara oranla daha az paradan oluabilmektedir. Bu nedenle montaj maliyetlerinde ciddi oranla azalma grlr [Spera, 2000].

Maliyet; Kompozit malzemeler dier malzemelere(elik, alminyum, bakr vs.) kyasla daha pahaldr. Bu durum her ne kadar dezavantaj gibi grnse de, malzemelerin toplam (retiminden kullanmnn son buluuna kadar) maliyeti gz nne alndnda daha karl olaca grlecektir. Bunun nedeni kompozit malzemelerin retiminin seri retime yatkn oluu, dayanmnn yksek oluu ve daha uzun mrl oluudur. Ayrca kompozit malzemelerin tama ve kurma maliyetleri de genellikle daha dk olabilmektedir. Bu gibi nedenlerden dolay kompozit malzemeler her ne kadar pahal gibi grnse de toplam bazda bakldnda daha karl olacaktr [Spera, 2000].

8.1. Kanat retim Safhalar;

Kalp hazrlanmas Kanat yzeyini korumak amacyla kalp zerine gelcoat spreyi srlmesi Cama fiber serilmesi Bushing montaj Balsa ve cam fiberin zerine vakum film serilmesi Reine srlmesi Vakum filmin kaldrlmas Yldrm koruma tertibatnn montaj Kanadn kalptan alnmas

Kanat retim srecinin ilk aamasnda kanat profili seilir. Gerekli teknik detay kanat reticisine trbin reticisi tarafndan verilir. Gereken teknik detaya gre kanat reticisi tarafndan yllk enerji retimi ve kanat zerine gelen yklerin hesaplanmasn (kanat geometrisi ve yapsna uygun bir ekilde) yapar. Kanat aerodinamik yaps yaplrken kanat zerine etkiyen ykleri en az'a indirmek istenildiinden bu dorultuda rzgar tnelleri ya da hesaplamal akkanlar dinamii (CFD- Computational Fluid Dynamics) kullanlarak en uygun aerodinamik yap elde edilir. Ben de projemde hesaplamal akkanlar dinamiini kullanarak NACA 2412 profil yapsna sahip kanadn (7.25'lik hcum as ile) analizini yapacam [Durak, 2008].

8.2. Kanat retiminde Kullanlan Temel Malzemeler

8.2.1. Epoksi reine ve cam fiber

Dier reine gre epoksi reinelerin tercih edilmesindeki temel sebep ekme dayanmnn dier reinelere gre daha yksek oluudur. Epoksi reinelerin stn mekanik zellikleri bulunur. Bunlar; korozif ortama dayanm, elektriksel zelliklerinin stnl(yaltkanl), yksek scaklk deerlerindeki dayanm, vb. Performansn maliyetten daha nemli olduu yerlerde tercih sebebidir. Reineler yksek viskoziteye sahip, hzl bir ekilde sertleen ve fiber ile iyi birleen yaplardr. Cam fiber ise salam ve ok amal kullanlan bir maddedir. Cam fiber yerine karbon liflerden oluan ipliklerin dokunmas ile elde edilen kumalardan yararlanlr. Karbon lifleri cam fibere nazaran ok daha hafiftir ve yksek mukavemete sahiptir. Ancak cam fiber daha yaygndr ve daha dk maliyetlerde elde edilebilir. Ayrca cam fiber infzyon ilemine daha yatkndr. El yatrma uygulamalarnda daha kolay ilenilebilirlii de bir dier avantajdr [Durak, 2008].

Infzyon ilemi; Reine ile cam fiberin yapmas esnasnda vakum ile beraber reinenin srlmesi gl ve uniform bir tabaka oluturur. Bu esnada nemli olan ey hava kabarcklarnn yzeyin altna geiinin engellenmesidir. Kum noktalar ve hava kabarcklar yzeyin altnda kald zaman kanat mukavemetini ve gvenilirliini zayflatmaktadr. Bu yzden ok nemli bir ilemdir. Reinenin vakumlanmas ilemine infzyon(infusion) denilir [Durak, 2008].

8.2.2. Ara malzemeler

Sandvi yapdaki kompozit rnlerde kullanlan dolgu malzemeleridir. Eilme dayanmlarn artrmalar dolaysyla kullanm alanlar gelime gstermitir. Ara malzemelerin kullanmnn artmasyla beraber arlndaki %3'lk arta karn eilme dayanmnda 3.5 kat art salamaktadr. Kullanlan bu ara malzemeler rijitlikte de ciddi bir miktar art salar. Kullanlan ara malzemeler; kpkler, baz aa yaplar(nadir olarak kullanlrlar), alminyum, elik, karbon, poliretan, polyester, polietilen, polipropilen ve seramik gibi malzemelerdir [Durak, 2008].

KANAT KATI MODELNN ZLMES

Kanat kat modelinin oluturulmas iin CATIA program kullanlmtr.Modelin CATIA'da oluturulmas iin ncelikle baz parametrelerin belirlenmesi gerekmektedir. Bunun iin ilk olarak elde edilmesi istenilen g k belirlenmelidir. Ben 0.5kW kapasiteye sahip bir 3 kanatl trbin tasarlamak istedim. 0.5kW g kn elde edebilmek iin gereken kanat boyu hesab yaplmas gerekir.

P= (9.1)

formlnden R deeri hesaplanabilir.

Burada V deeri Trkiye Rzgar Enerji Potansiyeli Atlasndan faydalanlarak Sinop ili iin 5m/s olarak sabit kabul edilmitir.

0.5kW x =x0.592593x1.225 kg/x x

R=1.873 m = 1.9m olarak bulunur.

Aerodinamik adan optimum dizayn iin hcum asnn dk fakat kaldrma orannn yksek seilmesi gerekmektedir.

izelge 9.1 NACA 2412 kanat profili deerleri

-6-0.58390.04991-11.70-101.408.67

0-0.05890.02406-2.45-10.234.18

30.49050.0333614.7085.185.79

7.250.98160.0301732.54170.475.24

101.15910.0499723.20201.298.68

En yksek kaldrma orannn =7.25'de olduu grlmektedir. Bu nedenle =7.25 seilmitir.

ekil 9.1 Cl-Cd deiim grafii (NACA 2412, airfoiltool, 2014)

ekil 9.2 Cl- deiim grafii (NACA 2412, airfoiltool, 2014)Kort uzunluu kanat zerinde ilerledike deieceinden her istasyondaki kort uzunluu ve balama as hesaplanmas gerekmektedir. Bunun iin

Kanat balama asnn hesab;

=(9.2)

Kort uzunluu hesab;

c=(9.3)

formlleri ile yaplr. Burada olarak seilmitir. (3 kanatl rzgar trbinlerinde kanat u hz oran 6-8 arasnda seilebilir)

Kanat boyunca (1.9m boyunca) 12 istasyon olduunu dnrsek. lk istasyon rotordan 0.2m ileride balarsa (kanat elemannn rotora balanmas iin 20cm'lik bir uzunluk braklmas istenmitir.) Kanat boyunca belirlenen istasyonlar iin balama as ve kort uzunluu (c) belirlenmi aadaki tabloda sunulmutur.

izelge 9.2 stasyon boyunca kanat kort uzunluu ve balama asstasyon nor (m)) c (m)

10.2031.230.3708

20.3222.550.3611

30.4615.780.3129

40.6210.790.2600

50.787.480.2188

60.945.160.1875

71.103.460.1634

81.262.160.1446

91.421.130.1294

101.580.310.1178

111.74-0.370.1068

121.90-0.940.0982

Belirlenen istasyon saysna ve istasyon uzaklna gre dzlemler telenmitir.

ekil 9.3 Kort uzunluunun istasyon uzaklna gre erisi

ekil 9.4 Balama asnn istasyon uzaklna gre erisi

Resim 9.1 telenmi dzlemlerin grnts

Daha sonra belirlenen her istasyon iin o istasyonda olmas gereken balama as ve kort uzunluuna gre izimler yaplmtr.

Resim 9.2 Her istasyondaki izimi yaplan izimlerin grnm

Ardndan Multi-section(loft) komutu ile bu sketchler uzatlmtr.

Resim 9.3 Multi-section komutu uygulanm hali

Bu ilem sonrasnda model tamamlanmtr.

Resim 9.4 Modellenmesi tamamlanan kanatn NACA 2412 isimli kanatn grn

Yukarda anlatlan ilemler daha nce fx84w127 isimli kanat iin yaplmtr ve modelleme ilemi tamamlanmtr.

Resim 9.5 Modellenmesi tamamlanan fx84w127 isimli kanat

Ancak analiz ksmna geildiinde bu modelin iziminde kullanlan damla yapsnn zerindeki nokta saysnn ok fazla oluundan dolay sradan bilgisayarlarla mesh ilemi gerekletirilememitir. Bu yzden NACA2412 isimli kanat nokta says gz nnde bulundurularak yeniden modelleme ilemi gerekletirilmitir.

AKI HACMNN OLUTURULMASI (FLUD DOMAN)

stenilen geometrinin modellenmesinden sonra model Workbench'in Design Modeller ksmna aktarlmtr (import edilmitir). Ak hacmi burada oluturulmutur. Yaplacak olan analizde, tasarlam olduumuz 3 kanatl rzgar trbininde kullanm olduumuz kanadn aerodinamik performans (3D model olarak) analizi yaplacaktr. Rzgar trbini kanat analizlerinde genellikle c-grid ya da o-grid kullanlr. Sebepleri ise kanat analizi iin gereksiz mesh saysn arttrmamak ve daha kaliteli meshler elde edebilmektir. Ben almam da c-grid kullandm bunun iin Design Modeller blmnde aada verilen ekilde ak hacmi oluturulmutur.

Resim 10.1 Ak hacmi lleri

Yukarda verilen ekilde L9 ve H2 uzunluklar srasyla 20c ve 25c olacak ekilde, kanat merkeze konulacak ekilde ayarlanmtr. Daha sonra 3 boyutlu olarak ak hacmi oluturulmutur.

Resim 10.2 3-Boyutlu ak hacmi grn

Daha sonra kanat, yarm emberin merkezine 7.25'lik hcum as verecek ekilde konumlandrlmtr.

Resim 10.3 Kanatn ak hacmi ierisindeki konumu

Konumlandrlan kanat, ak hacmi ierisinden kartlm ve geriye kalan hacim (zm hacmi) a yapsnn oluturulmas iin WORKBENCH programnn MESH modlne aktarlmtr.

ZM A (MESH) YAPISININ OLUTURULMASI

11.1 zm A

zm hacmi oluturulan model iin 4 farkl a yaps oluturulmu olup zmler iin ncelikle zm andan bamszlk ilemi yaplmtr.Oluturulan her zm a iin ncelikle bir takm hesaplarn yaplmas gerekmektedir. lk olarak ilk katman yksekliinin (first layer boundary thickness), d aklarda kullanlan deeri iin;

)(11.1)

forml yardmyla arzu ettiimiz y+ deerine gre ilk katman ykseklii deeri hesaplanmtr. Bunun iin y+ deerinin maksimum deerinin 1 olmasn istersek (d aklarda y+'nn deerinin 1'den kk deerleri hassas zm anlamna gelmektedir.) analizi yaplacak olan Reynold saylarna gre hesaplar yapld taktirde olarak hesaplanmtr. Bunun iin ilk katman ykseklii 0.05 olan ilk katmandan itibaren 1.072'lik byme oranyla byyen 12 katmanl yzey tabakas oluturulmutur.

Daha sonra kanat yzeyinden ak hacmi boyunca ilerledike (kelere ve kenarlara doru) byyen piramit ekilli boyutlu elemanlarla zm a oluturulmutur. Piramit ekilli eleman seilmesinin nedeni olarak daha ksa zm sresi salamas olmutur. zm a oluturulurken zmde kullanlacak olan bilgisayarn ilem gc de gz nnde bulundurulmu ve zm ilemi iin 560 452, 1 459 528, 2 623 261 ve 2 791 461 eleman sayl zm alar oluturulmutur. zm a oluturulurken skewness deerleri ve eleman kalitesi gz nnde bulundurulmutur.

Resim 11.1 Arzu edilen skewness deer aralklar (ANSYS tutorial ,2010)

Resim 11.2 Elde edilen skewness deerleri

zm hacminden bamszlatrma yapmak amacyla oluturulan farkl eleman sayl zm alar ayr ayr aada gsterilmitir.

Resim 11.3 560 452 eleman saysna sahip zm a

Resim 11.4 1 459 528 eleman sayl zm a

Resim 11.5 2 623 261 eleman sayl zm a

Resim 11.6 2 791 461 eleman sayl zm a

Resim 11.7 Oluturulan a yapsnn kanat yzeyinde yakndan grn

11.2 zm Andan Bamszlk

Oluturulan bu 4 farkl a yaps iin snr deerleri ayn iken zmler yapld. 2 623 261 ve 2 791 461 eleman sayl a yaplar iin zmlerin ok yaklak geldii grld. Bu alma artk zm hacmini oluturan elemanlarn zm etkilemeyecek gsterdi. Dolaysyla ileride yaplacak olan, aerodinamik performans deerlendirmesi iin farkl rzgar hzlarnda olan zmler sadece 2 791 461 eleman sayl a yapsnda zld.

izelge 11.1 Farkl eleman sayl zm hacimleri ve elde edilen sonularEleman Says (N)(N)Tork (N.m)

560 4524.262.975.1929.58

1 459 5284.973.215.9133.69

2 623 2614.793.055.6832.38

2 791 4614.793.065.6932.40

Ayrca zm hacminden bamszlatrma ileminin baaryla sonulandn grmek amacyla hz konturlar kontrol edilmitir. Kontrol edilen hz konturlar:

Resim 11.8 560 452 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu

Resim 11.9 1 459 528 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu

Resim 11.10 2 623 261 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu

Resim 11.11 2 791 461 eleman sayl zm hacmi iin hz konturu

HEsaplamal akkanlar dinamii(HAD-cfd)

Hesaplamal akkanlar dinamii; hesaplanmas zor olan kompleks problemlerin zmnde bavurulmas tasarm aamasndayken fikir vermesi asndan zaman ve maliyet konular kapsamnda reticiye nemli avantajlar salayabilen bir yntemdir. Bu yntemde kompleks ak, s, basn gibi problemler detayl olarak bilgisayar tarafndan hesaplanabilmektedir. Kompleks problemlerin bu yntemle zm yaplr ve yaplan zmn geree yakn bir simlasyonu elde edilebilirse rnn performans optimizasyonu henz daha retim sreci balamadan tamamlanabilir. Bu da bize hesaplamal akkanlar dinamiinin konusunun ne denli nemli olduunu gstermektedir.

ok fazl aklar, kat-sv etkileim analizleri, ileri trblans modelleri, dnen kat paralarn analizleri gibi bir ok alanda hesaplamal akkanlar dinamii yntemi kullanlabilir. Bu tarz problemlerde hesaplamal akkanlar dinamiinde doru, hzl ve ekonomik adan karl sonular alnabilmektedir.

Hesaplamal akkanlar dinamii bir ok alanda aktif olarak kullanlmaktadr bunlar; havaclk, otomotiv, sl sistemler, havalandrma sistemleri, gemicilik gibi alanlardr.

12.1 Hesaplamal Akkanlar Dinamii Hesaplama Admlar

Hesaplamalara balayabilmek iin ilk olarak ak hacmini uygun kk sayda elemana blnmesi gerekir. Blnen bu elemanlarn her birine mesh ya da hcre ad verilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken ey; hcre boyutlar istenileni karlayacak derecede kk olmaldr. Ayrca ak zelliklerinin sk deitii blgelerde mesh boyutunun sklatrlp kltlmesi zmn doruya daha abuk srede ulamasn salayacaktr. Ancak unutulmamaldr ki gereksiz olarak saysn artrlan bir zm a problemin zmn olduka uzatacaktr. Bu da ekonomik adan ek maliyet demektir. Bu yzden dikkat edilmesi gereken kritik konulardan birisidir. 2 boyutlu zmlemelerde bu hcreler alan olarak karmza karken, 3 boyutlu hcrelerde hacim olarak karmza kmaktadr. Uygun a yaps atandndan emin olduktan sonra yaplmas gereken ilk ey, akkan belirlemek ve bunu programa tantmaktr. zm metodu seilir. Snr artlar belirlenir. Referans deerleri probleme uygun bir ekilde girilmelidir. Bu sonucu doruya gtren nemli unsurlardan birisidir. Eer uygun deerler atanmazsa zmde istenilen sonulara ulamak imkansz olacaktr. terasyona balayabilmek iin probleme uygun ilk deer atanmaldr. Btn bu admlar tamamlandktan sonra zm ilemi balatlabilir. zm ilemi yaknsama salandnda tamamlanm demektir. zm ilemi tamamlandktan sonra ak hacminin herhangi bir noktasnda zmn istediimiz deeri (hz, basn, scaklk, kaldrma kuvveti, moment vb.) rahatlkla okuyabiliriz.

12.2 Snr artlarnn Tanmlanmas

Problemin doru sonucunun elde edilebilmesi iin en nemli koullardan birisi snr deerlerinin eksiksiz ve doru olarak tanmlanmas gerekir. Bunun iin program varsaylan olarak duvar (wall) atar. Fluentte bulunan belli bal snr artlar u ekildedir; Duvar (wall) eri ak (Inlet) Dar ak (outlet) Simetri (Symmetry) Periyodik (Periodic)

Resim 12.1 Tanmlanan snr artlar

12.2.1. Duvar snr art

Programda varsaylan (default) olarak atanan snr artdr. Eer snr artlarnda bir deiiklik yapmaz, ya da isim seme blmnden ismin ierisinde inlet, outlet, sym, gibi dier snr artlarna iaret etmeyen bir isim seilirse o snr artn program otomatik olarak duvar snr art olarak kabul eder. Akkan duvardan geemeyecei zerinde duvar snr artnn olduu bir yzey iin yzey boyunca hzn nominal deeri sfr olacaktr. Ayrca kaymazlk koulundan kaynakl (no slip condition) yzey zerinde hzn teetsel bileeni de sfr olarak kabul edilir. Enerji problemleri dnda genellikle duvar snr artnda bir deiiklik yaplmaz iken, s problemlerinde duvara bir de s aks ya da scaklk deeri girilmesi gerekmektedir.

12.2.2. eri ak, dar ak (Inlet, Outlet)

eri ve dar ak seenekleri hz, ktle, basntr. Bu deerlerin kullanm koullar probleme gre deiiklik gstermektedir. Problemin giri artlarnda hangi deer biliniyorsa o deer girilmelidir. rnek olarak benim problemimde sabit bir rzgar hz kabul edildiinden hz girii (velocity inlet) snr koulu kullanlm, k ise sistem basnc atmosferik ortama aldndan pressure outlet seilmi ve atmosferik snr art tanmlanmtr. Hz snr artlar iin trblans zelliklerinin de biliniyor olmas gerekmektedir. Bunun iin Reynold saysndan yararlanlr ve ak zellii hakknda bilgi elde edilebilir.

Hareket denklemlerinde hz ve basn baldr. Bu yzden hz giriinde basn belirtilmez. nk bu durum numerik adan problemin zmn ok zorlatrmaktadr. Ayn ekilde basn girildii durumlarda hz deeri girilmez, bu da ayn ekilde matematiksel olarak program zorlayacaktr. Basn belliyse hz, hz belliyse basn kendiliinden (ilikili denklemler araclyla) oluacaktr.

Dar ak artnda hi bir ak zellii belirtilmez. Bunun yerine trblans bykl, scaklk gibi ak zellikleri, dar ak yzne dik ynde sfr gradyenlere sahip olmaya zorlanr. Eer dar ak tam gelimi ak olarak kyor ise bu durumda bu snr art (Outflow) doru kullanlm olacaktr. Ancak ak hala gelimekte ise bu snr art uygun olmayacaktr ve probleme uygun baka bir snr art deeri tanmlanmas gerekir.

12.2.3 Simetri (Symmetry)

Ak hacmindeki deikenlerin aynsnn ak hacminin dnda kalan blmde de olduunu varsayar. Yani aslnda ak zellikleri asndan bir eit ayna grevi grr. Benzer ak zelliklerine sahip blgelerde kullanlmas halinde bilgisayar gcn drmesi asndan nemli bir snr artdr. Snr artnn verildii yzeyde program ak zelliklerinin simetri dzlemine dik yndeki ak alan deikenlerin gradyenlerini matematiksel olarak sfr olarak alglar.

12.2.4 Periyodik snr art

Ak hacminde ayn eklin tekrarlanmas eklinde rnein bir sin(x) fonksiyonu eklindeki ak iin zmn tm alan iin yaplmas yerine sadece tekrar eden alan ierinde yaplmas kazandraca zaman asndan son derece kritiktir. Bu tarz tekrarlanma durumlarnda kullanlmas uygun olan seenek periyodik snr artdr. Periyodik snr artnda; snr yzeyi boyunca ak alan deikenleri , ayn ekle sahip dier bir yzeyle saysal olarak balanr. Bylece ilk yzeyden ayrlan ak zellikleri ayn olan ikinci yzeye giriyormu gibi kabul edilir. Periyodik snr art kullanmna en gzel rnek turbomakinalarn kanatlar arasnda kalan ak gsterilebilir.

Simetri ile arasndaki fark ise; simetri snr artnn e snrn gerekmemesidir. Bununla beraber, simetri snr artnda akkan tpk duvar snr artnda olduu gibi yzeye paralel gidebilir, yzeyin iinden geemez. Ancak bu durum periyodik snr art iin sz konusu deildir.

FLUENT MODLNDE ZM VE SONULAR

Oluturulan a yapsndan bamszlk ilemi tamamlandktan sonra zm ilemine balanlabilir. zmlemelerde 2 791 461 eleman sayl a yaps kullanlmtr. Problemin zmnde, daha nceden yaplm projeleri gz nne alarak ayrca kullanlacak olan bilgisayar gc de gz nnde bulundurularak, k- Reliazeble enhanced wall function trblans modeli kullanlmtr.Yaplan zmlere gre elde edilen teorik sonular u ekildedir:P=(13.1)olduundan kanat uzunluu ve hz deerleri belli olduu iin elde edilecek g bulunur.= (13.2)eitliinden ise elde edilirseP= (13.3)sayesinde teorik tork bulunmu olur. Bu formllere gre hesaplanan deerler aada tablo halinde verilmitir.

izelge 13.1 Teorik olarak hesaplanan tork deerleriRzgar Hz(m/s)(rad/s)Rotordan elde edilen g (W)Teorik Olarak Hesaplanan Tork Deeri (N.m)

515.7951232.4

1031.594098129.7

1547.3713832292.0

2063.1632787519.1

izelge 13.2 Fluent modlnde hesaplanan tork deerleriRzgar Hz(m/s) (N)(N)Fluent Modlnde Hesaplanan Tork Deeri(N.m)Teorik Olarak Hesaplanan Tork Deeri (N.m)

54.793.065.6932.432.4

1019.412.222.9130.6129.7

1543.227.5751.25292.1292.0

2076.349.190.7517.2519.1

ekil 13.1 Teorik tork ve Fluent modlnde hesaplanan tork deerinin grafiksel olarak gsterimi

izelge 13.3 Hz-Reynold says

Rzgar Hz(m/s)Reynold says

5130 000

10250 000

15380 000

20530 000

izelge 13.4 Elde edilen en byk y+ deeriReynold saysMax-Y+ Deeri

130 0000.14

250 0000.275

380 0000.4

530 0000.5

ekil 13.2 Elde edilen maksimum Y+ deerlerinin Reynold saysna gre ilikisi

ekil 13.2'den de anlalaca gibi y+ deeri hz arttka artmtr. Bunun sebebini eitlik 11.1'deki forml yardmyla anlamak daha kolay olacaktr. Bu eitlie gre oluturulmu bir ilk katman deeri sabit tutulduunda, yani ayn zm hacmi iin farkl zmler alndnda Reynold says arttnda y+ deerinin de artaca grlecektir.

Elde edilen basn ve hz dalmlar:

Resim 13.1 5 m/s iin basn dalm konturu

Resim 13.2 10 m/s iin basn dalm konturu

Resim 13.3 15 m/s iin basn dalm konturu

Resim 13.4 20 m/s iin basn dalm konturu

Resim 13.5 5 m/s iin hz konturu

Resim 13.6 10 m/s iin hz konturu

Resim 13.7 15 m/s iin hz konturu

Resim 13.8 20 m/s iin hz konturu

Resim 13.9 Kanat ucu 5 m/s iin hz konturu

Resim 13.10 Kanat ucu 10 m/s iin hz konturu

Resim 13.11 Kanat ucu 15 m/s iin hz konturu

Resim 13.12 Kanat ucu 20 m/s iin hz konturu

Resim 13.13 Kanat u ksm iin 20 m/s hz deeri iin ak hacminin tamamnn grn

Hz deerlerinin vektrel olarak gsterimi

Resim 13.14 Kanat ucu 5 m/s iin hz vektrleri

Resim 13.15 Kanat ucu 10 m/s iin hz vektrleri

Resim 13.16 Kanat ucu 15 m/s iin hz vektrleri

Resim 13.17 Kanat ucu 20 m/s iin hz vektrleri

Resim 13.18 Kanat arkasndaki trblansl akn yakndan grn 20 m/s hz deeri iin

Yaplan almann iterasyon saysndan bamsz olduunu kantlamak iin en yksek Reynold saysna ve en yksek eleman sayl zm 20 000 iterasyondan fazla yaplm ve zmn sonucunun iterasyon says ile ilikisi olmad kantlanmtr.

Resim 13.19 Hz 20 m/s iin zm iterasyon says

izelge 13.5 Rzgar hz ve kanat zerindeki basn ile hz deerlerinin deiimiHzKanat zerinde meydana gelen en yksek basn (Pa)Kanat zerinde meydana gelen en dk basn (Pa)Kanat zerinde meydana gelen en yksek hz (m/s)Kanat zerinde meydana gelen en dk hz (m/s)

516.1-47.67.450

1068.7-19515.00

15157-42022.30

20262-69129.20

ekil 13.3 Rzgar hz ve kanat zerindeki en yksek ve en dk basn deerlerinin deiimini gsteren grafik

ekil 13.4 Rzgar hz ve kanat zerindeki en yksek ve en dk hz deerlerinin deiimini gsteren grafik

SONU VE NERLER

Dnyada artan nfus ile birlikte ihtiya duyulan enerji miktar da hzla artmtr. Bununla birlikte fosil enerji kaynaklarnn hzla tkenmesi yeni enerji araylarn da beraberinde getirmitir. Bu nedenle rzgar enerjisi kullanlmaya balanm, zellikle 1970'li yllarda yaanan petrol krizinden sonra ok ciddi gelime gstermitir. Bylelikle modern anlamda bugnk kanatl rzgar trbinlerinin temeli atlmtr. Rzgar kaynann gne var olduu srece asla tkenmeyecek oluu ve evreye verdii zararlarn ok dk seviyede oluu dolaysyla dier yenilenebilir enerji kaynaklar gibi rzgar enerjisinden yararlanma konusunda ve trbin/kanat verimini arttrmaya ynelik almalara hz kazandrlmtr.

Bu almada dk kapasiteli, Sinop ilindeki hava artlar baz alnarak bir alma yaplmtr. Trbin kanadnn analizi CFD yntemle belirlenmi ve trbinden elde edilecek tork deeri FLUENT program ile belirlenmitir. Elde edilen bu deerler teorik tork ile kyaslanmtr.

almann banda rzgar enerjinin tarihesi hakknda bilgilendirilme yaplm, avantajlar-dezavantajlar hakknda detayl incelemelerde bulunulmu, trbin eitleri aklanmtr. Daha sonra 3 kanatl rzgar trbini bileenleri detayl olarak aklanmtr.

Yaplan almada 3 kanatl rzgar trbinlerinden elde edilecek enerji hesaplamasnn nasl yaplaca farkl teorik yaklamlarla yaplm ilgili formller detayl olarak verilmitir. Daha sonra bu formller nda kanat boyutlandrlmas yaplm yaplan kanat tasarmna gre elde edilecek g/tork farkl rzgar hzlar iin teorik olarak belirlenmitir. Teorik olarak belirlenen bu deerlerin kontrol iin ANSYS WORKBENCH programnn FLUENT modl kullanlm teorik olarak elde edilen veriler desteklenmitir.

Elde edilen sonular nda rzgar hz arttka kanat arkasnda kopmalarn arttn trblans younluunun sklatn, kanat zerindeki maksimum hz ve basn deerlerinin arttn, kanat zerindeki minimum basn deerinin azaldn yani kanat alt yzeyi ve st yzeyi arasndaki basn farknn arttn grmekteyiz. Bu da kanadn kaldrma kuvvetinin rzgar hz arttka arttn gstermektedir.

3 kanatl kk rzgar trbinin tasarmnn ve analizinin yapld bu alma iin, rzgar hzna gre elde edilecek maksimum g/tork deerleri tespiti ve kanat performans incelenmesi gibi almalar iin referans olabilecei kansna varlmtr.

KAYNAKLAR

Ackermann T., Wind Power n Power Systems John Wiley and Sons, Stockholm, Sweden, 11-21 (2005).

Akova, ., Rzgar Gc, Yenilenebilir enerji kaynaklar 2.Basm, Nobel Yayn Datm, Ankara, 77-115 (2008).

Ansys CFX Tutorials, Ansys Inc., 2010

Aslan, P., Kalkan. U., Yang. Y., zgen, S., ahin, M., Grses, E., Yaman, Y., ''Byk oranda ekil deitirebilen kanat yzeylerinin aerodinamik ykler altndaki davranlar'', Odt havaclk ve uzay mhendislii blm

Burton T., Sharpe D., Jenkins N., Bossanyi E., Wind Energy handbook, John Wiley and Sons, Wiltshire, Byk Biritanya, 1-9, 421-464 (2001).

Busby R.L., Wind Power, 1. Bask, Penn Well Corporation, Oklahama, USA, 1-24, 45-59, 317-357 (2012).

Cao, H., ''Aerodynamics analysis of small horizontal axis wind turbine blades using 2D and 3D CFD modelling'', lisans bitirme tezi, University of Central Lancashire, Preston, England (2011)

Cengiz ., ''Slatl Kanat Profillerinin etrafndaki dk reynolds sayl hava ve su aklarnn incelenmesi ve aerodinamik performans analizleri'', yksek lisans tezi, Bakent niversitesi Enerji Mhendislii Anabilim Dal, Ankara (2010).

Chiras D., Sagrillo M., Woofenden I., Power From the Wind, 1.Bask, New Society Publishers, Gobriola Adas, Kanada, 1-22, 45-49, 145-148 (2009).

iek A., Yatay Eksenli Rzgar Trbini Dizayn ve malat, Yksek lisans tezi, Nigde niversitesi Fen Bilimleri Enstits, Nide, (2002)

Durak M., zer S., Rzgar Enerjisi: Teori ve Uygulama 1.Bask, mpress Bask, Ankara, 1-25, 197-227, 431-440, 509-538 (2008).

Fanchi J.R., Wind and Water, Energy in the 21st century, birinci bask, World Scientific, Colorado, USA, 92-100 (2005).

Gipe P., Wind Power, geniletilmi bask, Chelsea Green Publishing Company, Vermont, 83-92, 147-162 (2004).

Hansen M., O., L., ''Aerodynamics of wind turbines; rotors, loads and structure'', James and James ltd, London, (2000).

Hansen M., O., L., ''Aerodynamics of wind turbines, second edition'' Earthscan, London, Sterling, VA, (2008).

Ingram G., '' Wind Turbine Blade Analysis using the Blade Element Momentum Method'', Durham University, 5-14, (2011).

nternet:YEGM, 2013 Trkiye Rzgar Enerjisi Haritas http://www.YEGM .gov.tr, http://www.YEGM .gov.tr/yenilenebilir/ruzgar.aspx (2013).

nternet: ETKB, 2013 Trkiye ortalama yllk rzgar hz dalmhttp://www.enerji.gov.tr (2013).nternet: EWEA, 2012, Wind in power 2012 european statistics http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/Wind_in_power_annual_statistics_2012.pdf (2013).

nternet: GWEC, 2013 Global statistics of wind energy http://www.gwec.net/global-figures/graphs/ (2013).

nternet: GWEC, Global wind energy: Solid growth in 2012 http://www.gwec.net/global-wind-energy-solid-growth-2012-2/ (2013).

nternet: TUREB, Trkiye Rzgar Enerjisi statistik Raporu, Ocak 2013 http://www.tureb.com.tr/tr/duyurular/56-turkiye-ruzgar-enerjisi-istatistik-raporu-ocak-2013 (2013).

Kele, D., Ayhan, V., Parlak, A., Cesur, ., Boru, B., ''Bir rzgar trbini tasarm ve gelitirilmesi'',SA. Fen Bil. Dergisi 17.cilt, 2.say s 207-216, (2013).

Onat, C., Kepeler, T., Orgl, B., O., ''Rzgar trbini kanatlarnn kat modellenmesi'', Mhendis ve Makina cilt:45 say:533

ztrk, H.,Rzgar enerjisi, Yenilenebilir Enerji Kaynaklar ve Kullanm, Teknik Yayn Evi, Ankara, 157-195 (2008).

nder M., ''Yatay Eksenli Rzgar Trbini Kanadnn Bilgisayar Destekli Tasarm'', Yksek lisans tezi, Gazi niversitesi Fen Bilimleri Enstits, Ankara, 15-41, (2006)

Patel, H., Damania, S., ''Performance prediction of horizontal axis wind turbine blade'', International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, vol. , Issue 5, (2013).

Tang, X., ''Aerodynamic design and analysis of small horizontal axis wind turbine blades'', doktora tezi, University of Central Lancahire, Preston, UK, (2012)

Wilson R., E., Aerodynamic Behavior of Wind Turbines, Wind turbine technology fundamentals concept of wind turbine engineering, Spera D., A., Asme Press, New York (1998)

EKLER

EK-1. NACA 2412 Damla Yaps

1

EK-2. Kanat Kordinat Verileri

1.000000 0.001260 0.998459 0.001579 0.993844 0.002529 0.986185 0.004092 0.975528 0.006241 0.961940 0.008935 0.945503 0.012126 0.926320 0.015759 0.904508 0.019774 0.880203 0.024103 0.853553 0.028679 0.824724 0.033430 0.793893 0.038286 0.761249 0.043173 0.726995 0.048022 0.691342 0.052761 0.654508 0.057319 0.616723 0.061627 0.578217 0.065618 0.539230 0.069226 0.500000 0.072385 0.460770 0.075035 0.421783 0.077122 0.383277 0.078574

0.345492 0.079203 0.308658 0.078957 0.273005 0.077832 0.238751 0.075842 0.206107 0.073015 0.175276 0.069397 0.146447 0.065047 0.119797 0.060040 0.095492 0.054458 0.073680 0.048395 0.054497 0.041945 0.038060 0.035205 0.024472 0.028266 0.013815 0.021212 0.006156 0.014114 0.001541 0.007031 0.000000 0.000000 0.001541 -0.006723 0.006156 -0.012893 0.013815 -0.018496 0.024472 -0.023521 0.038060 -0.027955 0.054497 -0.031788 0.073680 -0.035016Ek-2. (Devam)

0.095492 -0.037640 0.119797 -0.039668 0.146447 -0.041119 0.175276 -0.042022 0.206107 -0.042413 0.238751 -0.042342 0.273005 -0.041864 0.308658 -0.041043 0.345492 -0.039946 0.383277 -0.038644 0.421783 -0.037174 0.460770 -0.035446 0.500000 -0.033496 0.539230 -0.031379 0.578217 -0.029148 0.616723 -0.026846

0.654508 -0.024516 0.691342 -0.022192 0.726995 -0.019903 0.761249 -0.017674 0.793893 -0.015525 0.824724 -0.013474 0.853553 -0.011536 0.880203 -0.009725 0.904508 -0.008055 0.926320 -0.006539 0.945503 -0.005190 0.961940 -0.004021 0.975528 -0.003044 0.986185 -0.002272 0.993844 -0.001712 0.998459 -0.001373 1.000000 -0.001260106

EK-3. Y+ deerleri grafikleri

ekil 5 y+deerleri rzgar hz 5 m/s

ekil 6 y+deerleri rzgar hz 10 m/sEk-3 (Devam)

ekil 7 y+deerleri rzgar hz 15 m/s

ekil 8 y+deerleri rzgar hz 20 m/s

EK-4 Sinop ili rzgar hz dalm

Resim 14.1 Sinop ili iin rzgar hzlar