Rüzgar türbininde rotor tasarımı ve analizi

Abstract

Yeryüzündeki fosil yakıt rezervlerinin gün geçtikçe azalması nedeniyle, yenilenebilir enerji kaynakları son yıllarda çok fazla önem kazanmıştır. Rüzgar enerjisi Türkiye için en önemli yenilenebilir enerji kaynaklarından birisidir.Yapılan bu çalışmada; pervane tipi, yatay eksenli, önden rüzgarlı, iki kanatlı rüzgar türbini imal edilmiş olup; rüzgar hızının sürekli değişmesinden dolayı elektrik frekansının dalgalanması ve şiddetli rüzgarlarda türbin kanatlarının ve kanat yuvalarının hasar görmesi sorunları üzerine yeni bir sistem geliştirilmiştir.Geliştirilen sistemde; mekanik olarak türbin kanatlarının rüzgara yapmış olduğu açıyı değiştirmekle rüzgarın şiddetine göre türbin devrini ve dolayısıyla üretilen elektriğin frekansını sabit tutmak hedeflenmiştir. Ayrıca şiddetli rüzgar karşısında sistem kanat açıları kontrolüyle türbin devri yavaşlatılabilmektedir.Tasarımı ve imalatı yapılmış olan ?Kanat Kontrol Mekanizması? rüzgar türbininin devriyle meydana gelen merkezkaç kuvvetini kullanarak aktif hale gelmektedir. Mekanizmada bulunan çekme yaylarının yay katsayısına göre devreye geçen sistem, pratikte sekiz farklı yayla deneye tabi tutulmuştur. Yapılan deneyde 2,86N ile 9,38N arasında çekme katsayılarına sahip yaylar kullanılmıştır. Deney sonuçlarında yay sabiti 2,86N olan yayla kanat kontrol mekanizması rüzgar türbinini yaklaşık250 d/d'ya kadar sabitlerken, yay sabiti 9,38N olan yayla yapılan deneyde ise sistemi 580 d/d'ya kadar sabitlediği tespit edilmiştir.Sonuç olarak; elektrik üretiminde kullanılan yatay eksenli, iki kantlı rüzgar türbinlerinde rüzgar hızına göre sürekli değişebilen elektrik frekansının sabitlenmesi mekanik bir sistemle çözülebilirliği öne sürülmüştür. Teorik ve pratiksel deneyleri yapılarak sabitlenmek istenilen devre göre yay seçimi tespit edilmiştir.

Renewable energy sources have gained much importance due to decreasing fossil fuel reserves. Wind energy is known to be one of the most important renewable energy resources of Turkey.In this study; a new system of propeller type, horizontal axis, upwind wind turbine was designed and produced to eliminate the frequency fluctuation of the electricity due to continually changing wind velocity, and damage to the turbine blades and blade housing that can be caused by the high winds.Developed system aims to hold the turbine rotation and thus the frequency of the electricity generated constant by mechanically manipulating the angle of turbine blades to the wind. Besides, turbine rotation speed can be slowed down by the control of the blade angles of the system experiencing a high wind.The Blade Control Mechanism designed and made is activated using the centrifugal force developed by the rotation of wind turbine. System which is activated according to the spring constant of the extension springs in the mechanism was tested with eight different springs. In the experiments, springs having extension constants between 2,86N and 9,38N were used. It was determined that with the springs with 2,86N and 9,38N extension coefficients the wind turbine was held constant up to250 1/min and 580 1/min respectively.As a result; it is argued that a mechanical system can be used to fix the frequency of the electricity generated by a two blade wind turbine which is subjected to vary according to the wind velocity. The proper spring choice for each rotation speed desired was determined by theoretical calculations and experiments.