A New Pre-processing for Assessing Connection Areas For Busbars of Wind Power Plants Using Meteorological, Financial and Electrical Grid Data

Abstract

The objective of this study is to provide new practical and low man hour tools of pre-processing approaches for entities that are active in wind farm development that needs to define connection areas of busbars for wind power plants. With the increase in the installed capacity of the renewable energy resources, the determination of the power grid connection points has gained importance. Failure to correctly identify the feasible grid connection points extends the timeline of return of investment of the power plants. Within the scope of this study, a new methodology has been developed to determine the number of regional wind power plants that can be connected to a grid connection point depending on economic and technical criteria as well as the installed capacity of these power plants. In the developed methodology; the geographical structure of the region, technical characteristics of turbine technologies used in wind power plants, electrical grid criteria and economic connection criteria of wind power plants are taken into consideration. WindPRO, a wind power analysis program, was used in the definition of regional variables. The dataset obtained from the WindPRO program was used in the analysis of installation of wind turbines with different tower heights and different installed powers (50 MW, 100 MW, etc.). Investment costs of turbine technologies and energy transmission system integration costs were taken into consideration in determining bus-based installation costs. As a result, the possible costs of the wind power plants that can be established for bus connection points in a zone defined on the energy transmission system were determined. Thus, the preliminary working time of the energy planners will be shortened and the most economic regions related to the wind power plant technology will be chosen.

Keywords

• Feasilibity Analysis of Wind Energy,Energy Economics,Electrical Power System

Meteorolojik, Finansal ve Elektrik Şebeke Verileri Kullanılarak Rüzgâr Enerji Santralleri için Bara Bölgelerini Belirlemeye Yönelik Yeni Bir Önişlem Yaklaşımı

Öz

Bu çalışmanın amacı rüzgâr çiftliği kurulumunda faaliyette bulunan organizasyonların optimizasyon zamanını ve adam saat ihtiyaçlarını azaltacak pratik bara bağlantı sahaların tespitine yönelik yeni bir yaklaşımın oluşturulmasıdır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kurulu güçleri toplam kurulu güç içinde artmasıyla bağlantı noktalarının belirlenmesi büyük önem kazanmaya başlamıştır. Bağlantı noktaları doğru tespit edilmemesi santrallerin yatırım geri dönüşüm sürelerini uzatmaktadır. Verimli üretim yapamayan rüzgâr santralleri elektrik enerji sistemi üzerinde problemlere de neden olabilmektedir. Bu çalışma kapsamında bir bölgeye ekonomik ve teknik kriterlere bağlı olarak bağlanabilecek bölgesel rüzgâr santrali sayılarını ve bu santrallerin kurulu güç kapasitesini tespiti etmekte kullanılan yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemde;  bölgenin coğrafi yapısı, rüzgâr santrallerinde kullanılan türbin teknolojilerin teknik özellikleri, şebeke kriterleri ve rüzgâr santrallerinin ekonomik bağlantı kriterleri dikkate alınmıştır. Bölgesel değişkenlerin tanımlanmasında rüzgâr gücü analiz programlarından olan WindPRO kullanılmıştır. WindPRO programından elde edilen veriler faklı kule yüksekliklerinde ve faklı kurulu güçlerde (50 MW, 100 MW, vb.) rüzgâr türbinleri ile santrallerin kurulumu analizinde kullanılmıştır. Bara bazlı kurulum maliyetinin belirlenmesi için türbin teknolojilerinin yatırım maliyetleri ve enerji iletim sistemi entegrasyon maliyetleri dikkate alınmıştır. Sonuç olarak enerji iletim sistemi üzerinde tanımlanan bir bölgedeki bara bağlantı noktaları için kurulabilecek rüzgâr santrallerinin konumlarına bağlı olası maliyetleri tespit edilmiştir.  Böylelikle enerji planlamacılarının rüzgâr santral teknolojisine bağlı ön ekonomik bölgelerin tespit edilmesi sağlanmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Rüzgâr Enerjisi Fizibilite Analizi,Enerji Ekonomisi,Elektrik Güç Sistemleri

Kaynakça

1. Rüzgar Gücü İzleme ve Tahmin Merkezi, Türkiye’de Rüzgardan Üretilen Elektriksel Güç İçin İzleme ve Tahmin Sistemi Geliştirilmesi Projesi (2015): http://www.ritm.gov.tr/aboutus/ritm.php.
2. Türkçü, S.İ. (2006). Türkiye’nin Rüzgar Enerjisi Politikaları ve Enterkonnekte Sistemlere Entegrasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
3. Jowder, F.A.L., Wind Power Analysis and Site Matching of Wind Turbine Generators in Kingdom of Bahrain, Applied Energy, 86:4 (2009) 538-545.
4. Ahmed, A.S., Analysis of Electrical Power Form the Wind Farm Sitting on the Nile River of Aswan, Egypt, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15:3 (2011) 1637-1645.
5. Fırtın, E., Güler, Ö. ve Akdağ, S.A., Investigation of Wind Shear Coefficients and Their Effect on Electrical Energy Generation, Applied Energy, 88: 11 (2011) 4097-4105.
6. Seguro, J.V. ve Lambert, T.W, Modern Estimation of the Parameters of the Weibull Wind Speed Distribution for Wind Energy Analysis, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 85:1 (2000) (75-84).
7. Y.M. Bulut, E. Açıkkalp, Rüzgar Enerjisi Potansiyelinin Hesaplanmasında Parametre Tahmin Yöntemlerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 1:2, (2013) 49-54.
8. Mortensen, N.G., Landberg, L., Troen I., Rathmann ,O. ve Lundtang Petersen, E., Wind Atlas Analysis and Application Program (Wasp) Vol. 3: Utility Programs. Risø National Laboratory, Danka Services International A/S, Denmark, (2001).

9. Ackermann, T. (2005). Wind Power in Power Systems: John Wiley&Sons Ltd, Sweden.
10. Fingersh, L.J., Hand, M.M. ve Laxson, A.S., Wind Turbine Design Cost and Scaling Model (NREL/TP-500-40566): National Renewable Energy Laboratory Golden, Colorado, (2006).
11. Kekezoglu, B. Erduman, A. Durusu, A. Nakir, İ. ve Tanriöven, M., (2011). Reliability Assessment of Wind Energy System Considering Turbine Dimensions, Set2011. İstanbul: 10th International Conference on Sustainable Energy Technologies, İstanbul.
12. Hatipoğlu, A. (2010). Rüzgâr Santrallerinde Rüzgâr Karakteristiği ve Saha Topografisine Göre Türbin Seçimi ve Yerleştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
13. Wen, J., Zheng, Y. ve Donghan, F., A Review on Reliability Assessment for Wind Power, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13:9 (2485-2494), (2009).
14. Nielsen, P., Villadsen, J., Kobberup, J., Thørgersen, M., Sørensen, M., Sørensen, T., Albinus, L. ve Chun, S., Windpro 2.5 User Guide, EMD International A/S, Aalborg, Denmark, 2005.
15. Sathyajith, M. (2006). Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics, Springer Science & Business Media, New York.
16. Türkiye Barolar Birliği, Euro Üzerinden Açılan Mevduata Bankalarca Filen Uygulanan Azami Yıllık Faiz Oranları, (2015):http://www.barobirlik.org.tr/ dosyalar/duyurular/merkezbankasi/eur_t%c3%9cmbankalar.pdf.
17. TEİAŞ Yük Tevzi Dairesi Başkanlığı Etüd ve Raporlama Daire Başkanlığı, Türkiye Ulusal Elektrik Ağındaki Havai Hatların Trafoların ve Genratörlerin Elektriki Karekteristikleri, Sa-2004/1, Ankara, (2004).
18. TEİAŞ Yük Tevzi Dairesi Başkanlığı Etüd ve Raporlama Daire Başkanlığı Sistem İşletme Etütleri Müdürlüğü, 2012 Puant (Yaz) Yük Şartlarında Yük Akışı, Üç Faz ve Faz Toprak Kısa Devre Etüdü, Se-2012/3, Ankara, (2012).
19. Erduman,A. (2015). Ulusal Enerji Şebekesine Bağlanabilecek Optimum Rüzgâr Enerji Potansiyelinin Belirlenmesi, Doktora Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.