Çok-rotorlu rüzgar türbin sistemlerinin modellenmesi ve analizi

Abstract

Rüzgâr türbinlerinin anma güçleri sürekli artma eğilimindedir ve bu durum kanat boyutlarının da artmasını gerektirdiğinden, başta lojistik ve nakliye sorunları olmak üzere, ciddi kurulum ve bakım maliyetleri ortaya çıkarmaktadır. Buna bir çözüm olarak çok rotorlu rüzgâr türbinleri üzerine çalışmalar başlamıştır. Bu tezde, tek rotorlu ve çok rotorlu türbinler karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Rüzgâr türbinlerinin matematiksel modellemesi yapılmış ve daha sonra gerçek bir rüzgâr türbininden alınan ölçülmüş verilerle doğrulanmıştır. Geliştirilen model ile aynı güce sahip tek rotorlu ve 3 rotorlu rüzgâr türbinlerinin elektriksel üretimleri benzetim ortamında karşılaştırılmıştır. Yıllık üretim değerleri baz alındığında; 3 rotora sahip türbinin elektrik üretimi yönünden tek rotorlu türbin ile aynı enerjiyi üretebildiği görülmüştür. Diğer yandan NREL'in maliyet ve ölçeklendirme metodolojisi kullanılarak ağırlık ve maliyet karşılaştırmaları yapılmış, sonuç olarak 3 rotorlu bir türbinin, tek rotorlu türbine nazaran taşıyıcı yapısı nedeni ile daha ağır ancak daha düşük maliyetli olduğu hesaplanmıştır. Ayrıca 3 rotorlu türbinin türbülans etkisi, devreye girme hızı, güvenilirlik gibi konularda da avantajları olduğu değerlendirilmiştir.Anahtar sözcükler: Rüzgâr enerjisi, çok rotorlu rüzgâr türbini, türbin performans katsayısı, kanat uç-hız oranı

The rated power of wind turbines tend to increase continuously and this situation requires an increase in blade dimension that causes serious installation and maintenance costs especially in terms of logistics and transportation. Studies on multi-rotor wind turbines have been started as a solution for this problem. In this thesis, single-rotor and multi-rotor turbines are examined comparatively. Mathematical modeling of wind turbines has been done and then verified with measured data taken from a real wind turbine. By using the model, the electricity generation of single-rotor and 3-rotor wind turbines of the same power was compared in the simulation environment. According to annual production values, it has been observed that the 3-rotor wind turbine can produce the same energy as the single-rotor turbine in terms of electricity generation. On the other hand, weight and cost comparisons have been made using NREL's cost and scaling methodology. As a result, it has been calculated that a 3-rotor wind turbine is heavier due to its support structure but less costly than a single-rotor turbine. In addition, it has been evaluated that the 3-rotor turbine has advantages in terms of turbulence effect, cut-in speed and reliability.Keywords: Wind energy, multi-rotor wind turbine, türbine performance coefficent, tip-speed ratio