Estimation of annual energy production of coupled vertical-axis wind turbines in a semi-complex terrain Eşli çalışan düşey eksenli rüzgar türbinlerinin yarı karmaşık bir sahadaki yıllık enerji üretiminin değerlendirilmesi

ABSTRACTRecent research shows that the vertical-axis wind turbines (VAWTs) can provide up to 6 - 9 times more power generation in the same footprint area when they are sited in proper configurations in contrast to horizontal-axis wind turbines (HAWT). In order to site wind turbines in a field, it is necessary to do a wind resource assessment (WRA). This assessment provide important inputs for the placement, sizing and design detailing of the wind farm. In addition to the correct determination of the site, it is also critical to place the wind turbines in the most efficient way. When the necessary data are provided to a software developed for this subject, the annual energy production (AEP) calculations can be made realistically. However, these programs are designed for HAWTs. Although there is no study conducted on VAWTs using these software packages, it is possible to calculate the AEP by simply defining a turbine power curve. In the case of coupled turbines, wake effect created by the turbines affect the performance of the wind turbines, thus the total annual energy production of the turbines is a function of the wind direction. For this reason, annual energy production of the turbines should be calculated by taking into consideration the change of wind direction during the year. In this study, firstly, the field performance of two VAWTs, which are separated, were investigated. In addition, a method has been proposed in order to place the coupled VAWTs in a wind farm and calculate their AEP. It was found that the turbines operating in this method could show performance increase from 2 to 10 compared to seperated ones.ÖZETSon araştırmalar, düşey eksenli rüzgar türbinlerinin (DERT), yatay eksenli rüzgar türbinlerine (YERT) göre, uygun dizilimlerle sahaya yerleştirildiklerinde, aynı birim alanda 6 - 9 kat daha fazla güç üretimi sağlayabileceğini göstermektedir. Bir alana rüzgar türbinleri yerleştirmek için bir rüzgar kaynağı değerlendirmesi (RKD) yapılması gerekmektedir. Bu değerlendirme, rüzgar tarlasının yerleştirilmesi, boyutlandırılması ve tasarım detaylandırması için önemli girdiler sağlar. Sahanın doğru tespitine ek olarak, rüzgar türbinlerini en verimli şekilde yerleştirmek de önemlidir. Bu konuda geliştirilen bir yazılıma gerekli veriler sağlandığında, yıllık enerji üretimi (YEÜ) hesaplamaları gerçekçi bir şekilde yapılabilmektedir. Fakat bu programlar YERT'ler için tasarlanmıştır. Bu yazılım paketlerini kullanarak DERT'ler üzerinde yapılmış bir çalışma bulunmamasına rağmen, sadece türbin güç eğrisi tanımlanarak YEÜ hesaplanması mümkündür. Eşli çalışan türbinlerde ise türbinlerin arkalarında bıraktıkları rüzgar gölgeleri performansı etkilediğinden, türbinlerin toplam yıllık enerji üretimi rüzgar geliş yönünün bir fonksiyonudur. Bu nedenle türbinlerin yıllık enerji üretimi yıl boyunca rüzgar geliş yönünün değişimi göz önünde bulundurularak hesaplanmalıdır. Bu çalışmada, öncelikle ayrık çalışan iki DERT’in saha performansı incelenmiştir. Ayrıca etkileşim halinde eşli çalışan DERT'lerin bir rüzgar tarlasına yerleştirilmesi ve YEÜ hesaplanabilmesi için bir yöntem önerilmiştir. Bu yöntem kullanılarak yapılan analizlerde eşli çalışan türbinlerin, ayrık çalışanlara göre YEÜ bakımından 2’den 10’a kadar performans artışı gösterebileceği bulunmuştur.