Rüzgar türbinlerinde deneysel tork ölçümü için farklı kontrol algoritmalarının karşılaştırılması

Enerjinin korunum yasasına göre rüzgardan kaynaklanan hareket enerjisini rüzgar
türbinleri vasıtasıyla jenaratöre aktarıp, jenaratörün tasarımı sayesinde bu hareket
enerjisini, elektrik enerjisine dönüştürme işlemine rüzgar türbinlerinden elektrik
üretme olarak tanımlıyoruz.
1980’den günümüze kadar özellikle son yıllarda rüzgar türbinlerinin verimliliğini
artırmak için yapılan bilimsel çalışmalarda elektrik üretimi için kullanılan rüzgar
türbinlerini yatay ve dikey olarak iki gruba ayırmak mümkündür.
Yatay olarak tasarlanan rüzgar türbinleri daha büyük güç üretmeleri için tasarlanmış
ticari işletmeler tarafından yönetilen tesislerde kullanılmaktadırlar.
Dikey rüzgar türbinleri ise boyutları genelde küçük, düşük güç üretmeleri için
tasarlanmış kurulum ve kullanım kolaylıkları bakımından bireysel ihtiyaçlara cevap
verecek niteliktedirler. Bu özelliklerinden dolayı bu tip rüzgar türbinlerinin gelecek
yıllarda kullanımının artacağı değerlendirilmektedir.
Rüzgar türbinlerinin önemli bir karakteristiği kanat uç hız oranı ile güç ve verim
ilişkisini veren grafikleridir. Bu grafikler, kanat uç hızı ve rüzgar hızı değerlerinin
oranı sabit tutularak rüzgar yükünün doğurduğu torkun ölçülmesi veya bu şartlar
altında yapılan matematiksel analizler ile torkun hesaplanması ile elde edilmektedir.
Bu eğriler deneysel olarak ve gerçek çalışma şartlarında ölçülmeye çalışıldığında,
ölçülecek tork değerlerinin ve mekanik yapıların büyüklüğü direk tork ölçümünü
zorlaştırmaktadır. Direk tork ölçümünün gerçek ölçekteki türbinlerde
uygulanmasının zor olması sebebi ile araştırmacılar, mevcut sistemlerin farklı alt
sistemlerindeki ölçülebilir büyüklükleri kullanarak rüzgar torkunun gerçek zamanlı
izlenmesi için gözlemleyeciler önermişlerdir. Bu yöntemlerin en yaygını elektrik
makinalarının kontrolü için rüzgar torkunun bulunması için tasarlanan
xx
gözlemleyecilerdir. Hassas Tork kontrolünün amacı elektrik makinasının veriminin
yükseltilmesidir.
Bu tezde deneysel türbin karakterizasyonunda tork metre kullanmadan kontrol
algoritması metodu ile tork ölçme ve sistemin torkunu hesapladıktan sonra türbin
karakterizasyonunu hesaplama yöntemi denenmiştir.
Bu kontrol algoritması hassas hız kontrollü motor ile sürülen PID ve PI sistemi ile
oluşturulmuştur. Bu sayede istenilen kanat uç hız oranının sağlanması ile ilgili var
olan sistemlerden daha yüksek bir başarım sağlanmıştır. Hassas hız kontrolü için
kullanılacak bu sistemler, anlık olarak rüzgar yükünü belirleyeceğinden sistemde
ayrıca bir tork sensörü bağlanması gerekmemektedir. Her iki sistemin sonuçları
karşılaştırılıp türbin deneylerindeki en uygun yöntem belirlenmiştir.
Sistem için en iyi kontrol algoritması belirlendikten sonra deneyin ikinci aşaması olan
türbin karakterizasyon işlemi iki kanat yapısı ile farklı rüzgar hızlarında sabit
RPM’de ve Sabit Reynold sayısı için sabit rüzgar hızlarında olacak şekilde deneyler
yapılmış bu deneylerin sonuçları Cp/kanat uç hız oranı grafikleri ile yorumlanmıştır.
Sonuç olarak tezin kurgusu olan rüzgar türbinlerinde deneysel tork ölçümü için farklı
kontrol algoritmalarının karşılaştırılmış, sistemin torku tork metre olmadan ölçülmüş
ve ikinci aşamada farklı türbin yapılarının karakterizasyon ölçümleri yapılmıştır.
Bu çalışmada dikkat edilmesi gereken konu ölçeklendirilen kanat modeline uygun
tepkimeler verecek güçte motor ve seçilen bu motora uygun elektronik ekipmanlar
seçilmelidir.