Yaw ve Pitch Kontrollü Dişli Kutusuz 5kW Rüzgâr Türbini Üretilmesi Ve Verimliliği

Abstract

Bu çalışma, 5 kW gücündeki rüzgâr türbinin yapılması, faaliyete geçirilmesi ve enerji çıkış verimliliğinin ölçülmesi üzerinedir. Yapılan santral sabit devirde dönmesi için ve yüksek hızlı rüzgârda kontrolün sağlanabilmesi, kanat açılarını rüzgâra karşı değişimini sağlayan, otomasyon sitemi ile donatılmıştır. Rüzgâra yönelmesi içinde yaw motor hareketini, rüzgâr yönü ölçüm verileri alınarak otomatik sistem kontrolü ile sağlanmıştır. Bu sistemde verimin arttırılmasına yönelik olarak dişli kutusu sistemi kullanılmamıştır. 200 rpm’de 5 kW enerji verebilen kendinden tahrikli jeneratör tasarlanmıştır. Ayrıca türbinden çıkan enerji değerleri ulusal şebekeye aktarılmıştır. Bunun için üretilen elektrik regüle devre ile frekans ve gerilim değerleri düzenlenerek ulusal şebekede bulunan 220 V ve 50 Hz değerlerine getirilmiş, sonra şebekeye bağlanma işlemi gerçekleştirilmiştir. Yapılan rüzgâr türbininde jeneratör (alternatör), kanatlar, kule, ana şase sisteminin tasarım yapılmıştır. Türbin rüzgârın uygun olduğu düşünülen yerde denemeler yapılmıştır. Bu denemeler sonucunda türbinin ortalama %28 civarında verime sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bu tipte ve profesyonel tasarıma sahip olan türbinlerde verim % 30-35 civarındadır. Yapılan türbinin kurulduğu bölgede rüzgârın düzenli olmadığı göz önüne alınırsa, bu verime ulaşmasından dolayı ideal bir türbin olduğu düşünülmelidir. Yapılan çalışmanın amacı otomasyon sistemine sahip olan türbin tasarlanması ve türbinin doğal ortamda uygulamalarının yapılması ve veriminin belirlenmesidir. Türbinde kullanılan alternatör, tasarlanan kanatların gücüne uygun olarak tasarımı yapılıp imal edilmiştir. Kanatlar ise fiber yapı malzemesi kullanılarak vakum tekniği ile hava kabarcığı bırakılmadan yapılmıştır. Rüzgâr türbinlerinde titreşimi artıran kısımlarından biride, türbin kanatlarının rüzgâra yönelmesini sağlayan kuyruk sistemidir. Bu çalışmada kuyruk sistemi kullanılmamıştır. Bunun yerine kulenin rüzgâra karşı dik konumda olmasını sağlayan yaw motor kullanılmıştır. Rüzgâr yön sensöründen alınan yön bilgisine göre yaw motoru kanatları rüzgâra karşı yönlendirmiştir.

Keywords

• Alternatif enerji,Rüzgâr Türbini,rüzgâr türbin otomasyonu,rüzgâr türbin verimliliği,yaw kontrolü,pitch kontrol

Design and Efficiency of 5 kW Wind Turbine Without Gearbox, Controlled by Yaw and Pitch Drivers

Abstract

This study is on the installation and operation of a 5-kW power wind turbine and measurement of the energy output efficiency. To keep the power plant rotating at fixed revolutions and to ensure control in high wind speeds, an automated system allowing the blade angles to change depending on the wind was installed. The yaw motor movement toward the wind direction was provided by automatic system receiving data on wind direction measurements. There was no gear box system used to increase the efficiency of the system. A self-excited generator providing 5 kW energy at 200 rpm was designed. Additionally, the energy from the turbine was transferred to the national grid. For this, the electricity produced had frequency and tension values set to the 220 V and 50 Hz found on the national grid with a regulated circuit and was then transferred to the grid. The generator (alternator), blades, tower and main chassis system of the wind turbine were designed. Trials of the turbine were completed in locations where the wind was appropriate. At the end of these trials, it was observed that the turbine had 28% average efficiency. The efficiency of this type of turbine with professional design is about 30-35%. Considering the wind is not regular in the region, it should be considered as an ideal turbine because of this efficiency. The aim of the study was to design a turbine with automation system and to operate the turbine in natural environments to determine its efficiency. The alternator used in the turbine was designed and constructed in accordance with the power of the designed blades. The blades were made using fiber construction material without leaving air bubbles by vacuum technique. One of the components of the wind turbine that increases vibration is the tail system allowing the turbine blades to turn towards the wind. No tail system was used in this study. Instead, a yaw motor was used ensuring the tower was perpendicular to the wind. The yaw motor oriented the blades against the wind based on directional information from the wind direction sensor.

 

Keywords

• alternative energy,wind turbine,wind turbine automation,wind turbine efficiency,yaw control,pitch control

References

1. Arslan M., Tuzcu H., Günerhan H., 2017 Konut tipi rüzgar türbin kanatlarının teorik modellemesi ve güç üretimini etkileyen belirli aerodinamik özelliklerinin karşılaştırılması, 4. İzmir Rüzgar Konferansı 2017
2. Koç E., Şenel M.C., 2016. Yatay eksenli rüzgar türbinlerinde optimum türbin parametrelerinin belirlenmesi –teorik yaklaşımı, Mühendis makine cilt 57 sayı 676 s32,40 (2016)
3. Lucia A.M, Gabriela O., Rares A.C., Sergiu N., Adrian N., Mihail P., 2015. Wind tunnel testing for e new experimental model of counter- ratating wind türbine, Procedica engineering 100(2015) 1141-1149
4. Mitulet L.A., Oprina G., Chihaia R.C., Nicolaie S., Nedecu A., Popescu M.,2015. Wind tunnel testing for a new experimental model of counter-rotating wind türbine, Procedia engineering 100 (2015) 1141-1149
5. Nagai Baku M., Ameku K., Roy J.N.,2009. Performance of 3kw wind turbine generator with variable pitch control system, Applied Energy 86 (2009)1774-1782
6. Song Y. D., Dhinakaran B., Bao X. Y.,2000. Variable speed ccontrol of wind turbines using nonlinear anad adaptive algorith, Journal of wind engeneering and industrial aerodynamics 85 (2000)293-308
7. Tony B., David S., Nick J., Ervin B.,2000. Wind energy handbook, ISBN 0 471 48997 2
8. Zemamou M., Aggour M., Toumi A., 2017. Review of savonious wind turbine design and perpormance, Energy Procedia 141(2017) 383-388

9. Kjellin J., Bülow F., Eriksson S., Deglaire P., Leijon M., Bernhoff H., power coefficient measurament on 12 kw straght bladed vertical axis wind turbine. Renevable Energy 36(2011) 3050-3053