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

Yıl 2018, Cilt: 4 Sayı: 1, 74 - 87, 17.05.2018

Muzaffer Yücel Serhat Özder

https://doi.org/10.28979/comufbed.393959

Cited By: 1

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

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

Öz

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.

 

Anahtar Kelimeler

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

Kaynakça

• 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
• 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)
• 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
• 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
• 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
• 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
• Tony B., David S., Nick J., Ervin B.,2000. Wind energy handbook, ISBN 0 471 48997 2
• Zemamou M., Aggour M., Toumi A., 2017. Review of savonious wind turbine design and perpormance, Energy Procedia 141(2017) 383-388
• 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