Rüzgâr Hızı Potansiyeli Düşük Kırsal Bölgelerde Tarımsal Elektrifikasyon Uygulamalarına Yönelik Yoğunlaştırmalı Tip
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 4.2.Tasarımlara İlişkin Statik ve Dinamik Analizler
- 4.3.Rüzgâr Hızı
| Çıkış Çapı
(m) |
Giriş Hızı (m/s) |
Çıkış Hızı (m/s) |
Giriş Gücü (kW) | |
|
Çıkış Gücü (kW) | ||||
|
4 |
1 |
6,25 |
0,05 |
1,9 |
|
2 |
12,5 |
0,4 |
15 | |
|
3 |
18,75 |
1,3 |
51 | |
|
4 |
25 |
3 |
120 | |
|
3 |
1 |
11,11 |
0,05 |
5,9 |
|
2 |
22,22 |
0,4 |
47,5 | |
|
3 |
33,33 |
1,3 |
160 | |
|
4 |
44,44 |
3 |
380 | |
|
2 |
1 |
25 |
0,05 |
30,1 |
|
2 |
50 |
0,4 |
240 | |
|
3 |
75 |
1,3 |
811 | |
|
4 |
100 |
3 |
1923 | |
|
1 |
1 |
100 |
0,05 |
480,8 |
|
2 |
200 |
0,4 |
3847 | |
|
3 |
300 |
1,3 |
12982 | |
|
4 |
400 |
3 |
30772 | |
|
0,5 |
1 |
400 |
0,05 |
7693 |
|
2 |
800 |
0,4 |
61544 | |
|
3 |
1200 |
1,3 |
207711 | |
|
4 |
1600 |
3 |
492352 |
Çizelge 4-2. Rüzgâr tünelinin konik borusunun giriş çapı 5 m olan sistem için teorik ön araştırma sonuçları
|
Çıkış Çapı (m) |
Giriş Hızı (m/s) |
Çıkış Hızı (m/s) |
Giriş Gücü (kW) |
Çıkış Gücü (kW) |
|
|
1 |
1,56 |
0,01 |
0,03 |
|
4 |
2 |
3,13 |
0,1 |
0,2 |
|
|
3 |
4,69 |
0,3 |
1 |
|
|
4 |
6,25 |
1 |
2 |
|
|
1 |
2,78 |
0,01 |
0,1 |
|
3 |
2 |
5,56 |
0,1 |
0,7 |
|
|
3 |
8,33 |
0,3 |
3 |
|
|
4 |
11,11 |
1 |
6 |
|
|
1 |
6,25 |
0,01 |
0,5 |
|
2 |
2 |
12,5 |
0,1 |
4 |
|
|
3 |
18,75 |
0,3 |
13 |
|
|
4 |
25 |
1 |
30 |
|
|
1 |
25 |
0,01 |
7,5 |
|
1 |
2 |
50 |
0,1 |
60 |
|
|
3 |
75 |
0,3 |
203 |
|
|
4 |
100 |
1 |
481 |
|
|
1 |
100 |
0,01 |
120 |
|
0,5 |
2 |
200 |
0,1 |
962 |
|
|
3 |
300 |
0,3 |
3245 |
|
|
4 |
400 |
1 |
7693 |
Çalışma kapsamında tasarlanan ilk rüzgâr türbin sistemi prototipi imal edilerek yapılan ön denemelerde ise teorik hesaplamalarla elde edilen sonuçların geçerliliği sınanmaya çalışılmıştır. Teorik hesaplamalarla elde edilen sonuç ve denemelerle elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak Çizelge 4-3’de verilmiştir. İlk rüzgâr türbin sistemi prototipinde konik borunun giriş çapı 51 cm ve çıkış çapı 36 cm olarak imal edilmiştir.
Çizelge 4-3. Ön denemeler için imal edilen rüzgâr türbin sistemine ait ön deneme sonuçları
|
Tekerrür |
Girişteki Rüzgâr Hızı (m/s) |
Girişteki Sıcaklık (oC) |
Öngörülen Sonuçlar |
Ön denemede elde edilen sonuçlar | ||
|
Çıkıştaki Rüzgâr Hızı (m/s) |
Çıkıştaki Sıcaklık (oC) |
Çıkıştaki Rüzgâr Hızı (m/s) |
Çıkıştaki Sıcaklık (oC) | |||
|
1 |
5,11 |
28,76 |
10,26 |
28,76 |
9,86 |
28,92 |
|
2 |
4,86 |
29,56 |
9,75 |
29,56 |
10,04 |
31,19 |
|
3 |
4,86 |
30,61 |
9,75 |
30,61 |
10,03 |
30,81 |
|
4 |
5,01 |
28,97 |
10,06 |
28,97 |
9,08 |
29,11 |
|
Ort. |
4,94 |
29,56 |
9,92 |
29,56 |
9,87 |
30,24 |
Ön denemelerden önce yapılan teorik ön araştırma sonuçları oldukça etkileyici veriler ortaya koymaktadır (Çizelge 4-1 ve 4-2). Bu çalışmanın ilk şekillenme sebebi de teorik ön araştırmalarda elde edilen bu oldukça kayda değer sonuçlardır. Ön araştırma sonuçlarını test etmek için imal edilen ilk rüzgâr türbin sistemi ile de bu ön araştırma sonuçları desteklenmiştir. Ön denemelerde rüzgâr türbin sisteminin giriş çapı ile çıkış çapı arasındaki oran oldukça az (36/51=0,7) olmasına karşın rüzgâr hızında yaklaşık iki kat artış saptanmıştır. Özellikle öngörülen rüzgâr hızı değerleri ile ön deneme sonucunda elde edilen rüzgâr hızı sonuçları oldukça yakın olarak saptanmıştır (Çizelge 4-3). Yapılan proje önerisi de bu sonuçlar ışığında gerçekleştirilmiştir.
4.2.Tasarımlara İlişkin Statik ve Dinamik Analizler
Tasarımlara ilişkin statik ve dinamik analizler bilgisayar ortamında yapılmıştır. Tasarımların rüzgâr ve kendi ağırlığı dışında bir yüke maruz kalmayacağı bilinmesine rağmen analizlerde 200 N gibi yüksek bir kuvvet uygulanmıştır. Burada tasarlanan sistemlerin yüksek basınçlara dayanıp dayanamayacağının analiz edilmesi amaçlanmıştır. Her üç rüzgâr türbin sistemine ait birleşim noktalarındaki statik gerilim analizlerinin sonuçları Şekil 4-1, 4-3 ve 4-5’de görülmektedir. Statik zorlanma analizlerine ilişkin sonuçlar ise Şekil 4-2, 4-4 ve 4-6’da verilmiştir.
Şekil 4-1. Konik rüzgâr türbin sistemine ait birleşim noktalarındaki statik gerilim
Şekil 4-2. Konik rüzgâr türbin sistemine ait statik zorlanma
Şekil 4-3. Panelsiz rüzgâr türbin sistemine ait birleşim noktalarındaki statik gerilim
Şekil 4-4. Panelsiz rüzgâr türbin sistemine ait statik zorlanma
Şekil 4-5. Panelli rüzgâr türbin sistemine ait birleşim noktalarındaki statik gerilim
Şekil 4-6. Panelli rüzgâr türbin sistemine ait statik zorlanma
Analiz sonuçlarına bakılarak kritik kesit ve alanların olmadığı saptanmıştır. Dolaysıyla oluşturulan sistemlerde tasarımsal açıdan karşılaşılabilecek herhangi bir olumsuzluk tespit edilememiştir. Her üç rüzgâr türbin sistemi de statik sistemlerdir. Yapılan dinamik analizlerde de sistemin statik dengesinin korunduğu görülmüştür. Sonuç olarak, gerek statik ve gerekse dinamik yüklerin tasarlanan sistemlerde negatif bir etkisinin olmadığı saptanmıştır.
4.3.Rüzgâr Hızı
Rüzgâr türbin sistemlerinde rüzgârın sisteme girdiği giriş kesiti ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı değerleri arasındaki ilişkiler laboratuvar şartlarında yapılan denemeler ve arazi koşullarında yapılan denmeler sonucunda aşağıda verilen Şekil 4-7, 4-8, 4-9, 4-10, 4-11 ve 4-12’de görüldüğü gibi saptanmıştır. Şekil 4-7 ile 4-8 Konik rüzgâr türbin sistemine ait deneme sonuçlarını, Şekil 4-9 ile 4-10 Panelli rüzgâr türbin sistemine ait deneme sonuçlarını ve Şekil 4-11 ile 4-12 Panelsiz rüzgâr türbin sistemine ait deneme sonuçlarını göstermektedir.
Konik rüzgâr türbin sistemine ait laboratuvar ve arazi koşullarında yapılan deneme sonuçları incelendiğinde, sisteme giren rüzgârın hızı ile sistem merkezindeki rüzgârın hızı arasında doğrusal bir ilişkinin olduğu görülmektedir. Söz konusu doğrusal ilişkinin r2 değeri laboratuvar koşulları için 0,975 ve arazi koşulları için 0,9119 olup istatistiksel olarak oldukça yüksek bir ilişkiyi ifade etmektedir. Şekil 4-7 ve 4-8’de bu ilişkilere ait regresyon denklemleri verilmiştir.
Şekil 4-7. Konik rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi (Laboratuvar koşullarında)
Şekil 4-8. Konik rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi (Arazi koşullarında)
Panelli rüzgâr türbin sistemine ait laboratuvar ve arazi koşullarında yapılan deneme sonuçları incelendiğinde, sisteme giren rüzgârın hızı ile sistem merkezindeki rüzgârın hızı arasında doğrusal bir ilişkinin olduğu görülmektedir. Söz konusu doğrusal ilişkinin r2 değeri laboratuvar koşulları için 0,9778 ve arazi koşulları için 0,905 olup istatistiksel olarak oldukça yüksek bir ilişkiyi ifade etmektedir. Şekil 4-9 ve 4-10’da bu ilişkilere ait regresyon denklemleri verilmiştir.
Şekil 4-9. Panelli rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi (Laboratuvar koşullarında)
Şekil 4-10. Panelli rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi (Arazi koşullarında)
Panelsiz rüzgâr türbin sistemine ait laboratuvar ve arazi koşullarında yapılan deneme sonuçları incelendiğinde, sisteme giren rüzgârın hızı ile sistem merkezindeki rüzgârın hızı arasında doğrusal bir ilişkinin olduğu görülmektedir. Söz konusu doğrusal ilişkinin r2 değeri laboratuvar koşulları için 0,9519 ve arazi koşulları için 0,9218 olup istatistiksel olarak oldukça yüksek bir ilişkiyi ifade etmektedir. Şekil 4-11 ve 4-12’de bu ilişkilere ait regresyon denklemleri verilmiştir.
Şekil 4-11. Panelsiz rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi (Laboratuvar koşullarında)
Şekil 4-12. Panelsiz rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi (Arazi koşullarında)
Laboratuvar koşullarında yapılan deneme sonuçlarına göre; konik rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi incelendiğinde giriş rüzgâr hızı değerlerinin 0,99 m/s ile 6,78 m/s arasında ve merkez rüzgâr hızı değerlerinin 2,26 m/s ile 10,54 m/s arasında olduğu görülmektedir (Şekil 4-7). Aynı değerler panelli rüzgâr türbin sistemi için girişte 0,96 m/s ile 6,30 m/s ve merkezde 1,90 m/s ile 9,85 m/s arasında saptanmıştır (Şekil 4-9). Laboratuvar koşullarında yapılan deneme sonuçlarına göre; panelsiz rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisinde giriş rüzgâr hızı değerleri 0,71 m/s ile 5,57 m/s arasında ve merkez rüzgâr hızı değerleri ise 1,80 m/s ile 9,43 m/s arasında saptanmıştır (Şekil 4-11).
Arazi koşullarında yapılan deneme sonuçlarına göre; konik rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi incelendiğinde giriş rüzgâr hızı değerlerinin 0,13 m/s ile 4,46 m/s arasında ve merkez rüzgâr hızı değerlerinin 0,20 m/s ile 8,63 m/s arasında saptandığı görülmektedir (Şekil 4-8). Aynı değerler panelli rüzgâr türbin sistemi için girişte 0,15 m/s ile 3,06 m/s ve merkezde 0,25 m/s ile 6,99 m/s arasında saptanmıştır (Şekil 4-10). Arazi koşullarında yapılan deneme sonuçlarına göre; panelsiz rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisinde giriş rüzgâr hızı değerleri 0,17 m/s ile 7,85 m/s arasında ve merkez rüzgâr hızı değerleri ise 0,34 m/s ile 13,74 m/s arasında saptanmıştır (Şekil 4-12).
Rüzgâr türbin sistemlerinde rüzgârın sisteme girdiği giriş kesitindeki rüzgâr hızı ile regrasyon denklemleri yardımıyla hesaplanan sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi de Şekil 4-13, 4-14 ve 4-15’de verilmiştir. Şekillerde laboratuvar koşulları için elde edilen sonuçlar ile arazi koşulları için elde edilen sonuçlar aynı grafikte verilerek karşılaştırma olanağı sağlanmıştır.
Şekil 4-13. Konik rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile regresyon denklemleri yardımıyla hesaplanan sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi
Şekil 4-14. Panelli rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile regresyon denklemleri yardımıyla hesaplanan sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi
Şekil 4-15. Panelsiz rüzgâr türbin sisteminde giriş rüzgâr hızı ile regresyon denklemleri yardımıyla hesaplanan sistem merkezindeki rüzgâr hızı ilişkisi
Şekil 4-13, 4-14 ve 4-15’de arazi koşullarında elde edilen rüzgâr hızı sonuçlarının laboratuvar koşullarında elde edilen sonuçlardan daha iyi olduğu görülmektedir. Bunun sebebi rüzgâr hızının hamle (anlık rüzgâr hızı değişimleri) adı verilen hareketleri nedeniyle ve rüzgâr esme yönündeki dalgalanmalar nedeniyle ölçüm sistemlerinde meydana gelen hata payları olabileceği değerlendirilmektedir. Zira laboratuvar koşullarında rüzgâr hızının hamle hareketleri ve rüzgâr esme yönündeki dalgalanmalar kontrol edilebildiğinden ölçüm sistemlerinin hata payları da minimize edilebilmektedir. Bu nedenle hesaplamalarda laboratuvar koşullarında elde edilen sonuçlar rüzgâr türbin sistemlerinin üretebileceği minimum değerler olarak kabul edilmiştir.
Dostları ilə paylaş:
