DEĞİŞKEN-HIZLI RÜZGÂR TÜRBİNLERİNİN DİFERANSİYEL GELİŞİM ALGORİTMASI KULLANILARAK TASARIM OPTİMİZASYONUNUN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Yıl 2016, Cilt: 4 Sayı: 4, 197 - 204, 21.12.2016

Ulaş Eminoğlu

Öz

Son yıllarda yarı iletken teknolojisindeki hızlı gelişim, enerji talebindeki artış ve devlet teşvikleri nedeniyle Değişken-Hızlı Rüzgar Türbinlerinin kullanımı her geçen gün artmaktadır. Bu çalışmada bu tip Rüzgar Türbinlerin (RT’lerin) tasarımı için yeni bir optimizasyon algoritması verilmektedir. Algoritmada hedef fonksiyonu olarak birim enerji maliyeti kullanılmakta olup RT’lerin kurulacağı bölgenin rüzgar potansiyeli dikkate alınarak tasarım parametrelerinin en uygun büyüklükleri belirlenmektedir. Tasarım parametreleri olarak türbin elemanlarının büyüklüğü; kule (hub) yüksekliği, rotor yarıçapı (kanat boyu), nominal güç (jenerator gücü), ve üretilen enerji ve maliyete etki eden temel parametreler; türbin nominal rüzgar hızı ve türbin kapasite faktörü kullanılmaktadır. Algoritmada tasarım parametrelerinin en uygun büyüklükleri/değerleri popülasyon temelli Diferansiyel Gelişim Algoritması (DGA) kullanılarak belirlenmektedir. Farklı bölgeler için tasarlanan Değişken-Hızlı RT’lerin algoritmada kullanılan türbin güç eğrisi modeli ve parametreler arasında tanımlanan kısıtlamalar açısından gerçekci, ve üretilen enerji miktarı ile maliyet açısından da oldukça avantajlı olduğu görülmektedir.

Anahtar Kelimeler

Değişken-hızlı rüzgar türbinleri, diferansiyel gelişim algoritması, tasarım optimizasyonu

Kaynakça

• Sing, C. “Variable speed wind turbines”, International Journal of Engineering Sciences, Cilt No 2, 652-656, 2012.
• Fingersh, L., Hand, M., Laxson, A. “Wind turbine design cost and scaling model”, Technical Report NREL/TP-500-40566, National Renewable Energy Laboratory, 2006.
• Diveux, T., Sebastian, P., Bernard, D., Puiggali R.J., and Grandidier, J.Y. “Horizontal axis wind turbine systems: optimization using genetic algorithms”, Wind Energy, Cilt No 4, 151-171, 2001.
• Maki, K., Sbragio. R., and Vlahopoulos, N. “System design of a wind turbine using a multi-level optimization approach”, Renewable Energy, Cilt No 43, 101-110, 2012.
• Collecutt, G.R., Flay R.G. “The economic optimization of horizontal axis wind turbine design parameters”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Cilt No 61, 87-97, 1996.
• Eminoglu, U. “Site-specific design optimization of horizontal axis wind turbine systems”, Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences, Cilt No 24, 1044-1060, 2016.
• Eminoglu, U. ve Ayasun, S. “Modelling and design optimization of variable-speed wind turbine systems”, Energies, Cilt No 7, 402-419, 2014.
• Kongam, C., Nuchprayoon, S. “A particle swarm optimization for wind energy control problem”, Renewable Energy, Cilt No 35, 2431-2438, 2010.
• Li, H. ve Chen, Z. “Design optimization and site matching of direct-drive permanent magnet wind power generator systems”, Renewable Energy, Cilt No 34, 1175-1184, 2009.
• Carrillo, C., Obando Montano A.F., ve Diaz-Dorado E. “Review of power curve modelling for wind turbines”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Cilt No 21, 572-581, 2013.
• Thapar, V., Agnihotri, G., Sethi, V.K. “Critical analysis of methods for mathematical modelling of wind turbines”, Renewable Energy, Cit No 36, 3166-3177, 2011.
• Akdag, S.A. ve Guler, O. “Comparison of wind turbine power curve models”, International Renewable Energy Congress, Sousse, Tunisia, 215-219, 2010.
• Eminoglu, U. “A new model for output power calculation of variable-speed wind turbine systems”, IEEE International Conference on ACEMP-OPTIM-ELECTROMOTION, Side, Antalya, Turkey, 141-146, 2-4 September, 2015.
• Zervos, A. “Wind Energy-The Facts: A guide to the technology, economics and future of wind power”, European Wind Energy Association, Brussels/Belgium, 2009.
• Rainer, S. ve Kenneth, P. “Differential evolution–a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces”, Journal of Global Optimization, Cilt No 11, 341-359, 1997.
• Oterino-Echavarri, F., Zulueta, E., Ramos-Hernanz, J., Calvo, I. ve Lopez-Guede J.M. “Application of Differential Evolution as method of pitch control setting in a wind turbine”, International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’13), Bilbao, Spain, 2013.
• Matlab R2010b Enterprise: Copyright©2010.