2.5 MW`lık bir rüzgar türbini kabininin değişken çevre şartlarında (Sıcaklık ve hız) termal analizi

Abstract

Dünyada her geçen gün enerji ihtiyacının artması yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar türbinine olan önemi de arttırmaktadır. Dünya'da ticari olarak elektrik üretimi yapan büyük ölçekli rüzgar türbinleri incelendiğinde kanat profillerinin gelişiminin artık bir durma noktasına yaklaştığı gözlemlenebilir. Özellikle büyük ölçekli türbinlerde elektrik üretimi sırasında kabin içerisindeki güç aktarımı ve dönüşümünde büyük enerji kayıpları yaşanmaktadır. Bu enerji kayıpları sistemde ısıya dönüşmesi nedeniyle özellikle jeneratör ve redüktör yüzeylerinde çok büyük sıcaklık gradyanları oluşturmakta ve bu da artık gerilmelere neden olmaktadır. Bu artık gerilmeler hem türbin performansını düşürmekte hem de deformasyonlara neden olmaktadır. Bundan dolayı büyük çaplı türbinlerde bu ısıyı kabin içerisinden uzaklaştırmak için klima sistemleri kullanılmaktadır. 2.5 MW'lık bir rüzgar türbininde bu ısıyı sistemden uzaklaştırmak için 3 adet klima kullanılmaktadır. Kullanılan bu klimalardan ikisi eş güçtedir. Bunlardan biri jeneratörü soğuturken bir diğeri de redüktörü soğutmaktadır. Her biri ortalama 75 kW gücündedir. Diğer klima ise daha küçük ölçekli ve 15 kW gücündedir. Bu da elektriksel ekipmanlarla elektronik entegreleri soğutmaktadır. Bu tezde, yaz ve kış şartları maksimum (45°C) ve minimum (-30°C) sıcaklıkları göz önüne alınarak dış havanın etkisiyle, yetersiz kalması durumunda ise ek bir klima kullanarak kabin içerisinin uygun çalışma sıcaklıklarında kalmasının sağlanması amaçlanmıştır. Fluent 6.3.26 programıyla yapılan iki boyutlu ve üç boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri sonucunda dış havanın da yardımıyla daha az klima gücüyle sistemin uygun sıcaklıklarda çalışabileceği görülmüştür. Böylece rüzgar türbininde harcanan güç daha düşük bir seviyeye indirgendiği için türbin verimi de buna bağlı olarak artmıştır.ANAHTAR SÖZCÜKLER: Rüzgar Türbin Kabini, Termal Analiz

The arise in the demand for energy in the world day by day have increased the importance of wind turbines, which are one of the renewable energy resources. When the large scale wind turbines used to generate electricity in the world commercially are investigated, it is easy to observe that the improvements on airfoil profiles have almost stopped. Especially during the electricity generation in large scale wind turbines, are experienced in high energy losses power transfer and conversion processes. Since these energy losses are converted into the heat, they create very high temperature gradients especially on the surfaces of generator and gearbox and this situation results in design stresses. These design stresses, as result as, both decrease the turbine performance and bring forth deformations. Thus, air-conditioning systems are used for chasing this heat from the nacelle in large scale wind turbines. In a 2.5 MW wind turbine, there are three air-conditioners used for chasing this heat. Two of these air-conditioners have equal power levels. While one of them is cooling the generator, the second cools the gearbox. Each of two has an average of 75 kW power. The other air-conditioner is a smaller scaled one and has 15 kW power. This one is used to cool down electrical equipments and electronic integrated circuits. In this thesis, it is aimed to provide inside the nacelle keeping in suitable operating temperatures by the effect of outside air and, if necessary, by using an additional air-conditioner considering the summer and winter conditions maximum (45°C) and minimum (-30°C) temperatures. In the light of the results obtained from the two and three dimensional CFD analyzes using Fluent 6.3.26, it is observed that the system can operate in suitable temperatures with less air-conditioner power by the help of outside air. Consequently the turbine efficiency has increased since the consumed power inside the wind turbine is reduced.KEY WORDS: Wind Turbine Nacelle, Thermal Analysis