açık deniz rüzgar enerjisi, fizibilite adımları ile bozcaada ve gökçeada Örnek Çalışması

7/23/2019 Ak Deniz Rzgar Enerjisi, Fizibilite Admlar Ile Bozcaada Ve Gkeada rnek almas

1/131

STANBUL TEKNK NVERSTES ENERJ ENSTTS

YKSEK LSANS TEZ

Bar GZEL

Enerji Bilim ve Teknoloji Anabilim Dal

Enerji Bilim ve Teknoloji Program

Ocak 2012

AIK DENZ RZGAR ENERJS, FZBLTE ADIMLARI ile BOZCAADAve GKEADA RNEK ALIMASI


2/131


3/131

Tez Danman : Prof. Dr. Bihrat NZE Danman: Prof. Dr. Sedat KABDALI

Ocak 2012

STANBUL TEKNK NVERSTES ENERJ ENSTTS

YKSEK LSANS TEZ

Bar GZEL(301091038)

AIK DENZ RZGAR ENERJS, FZBLTE ADIMLARI ile BOZCAADAve GKEADA RNEK ALIMASI

Enerji Bilim ve Teknoloji Anabilim Dal

Enerji Bilim ve Teknoloji Program


4/131


5/131

iii

T, Fen Bilimleri Enstitsnn 301091038 numaral Yksek Lisans rencisiBar GZEL, ilgili ynetmeliklerin belirledii gerekli tm artlar yerine getirdikten

sonra hazrlad AIK DENZRZGAR ENERJS, FZBLTE ADIMLARI ile

BOZCAADA ve GKEADA RNEK ALIMASI balkl tezini aada

imzalar olan jri nnde baar ile sunmutur.

Teslim Tarihi : 19 Aralk 2011Savunma Tarihi : 25 Ocak 2012

Tez Danman : Prof. Bihrat N Z ..............................stanbul Teknik niversitesi

E Danman : Prof.Sedat KABDALI ..............................stanbul Teknik niversitesi

Jri yeleri : Do. Dr. Oral YACI ..............................stanbul Teknik niversitesi

Yrd. Do. Dr. Burak BARUTU ..............................stanbul Teknik niversitesi

Yrd. Do. Dr. zgr KIRCA ..............................stanbul Teknik niversitesi


6/131

iv


7/131

v

NSZ

Enerji, tarihin balangcndan beri varolan, yaam ve Dnyay ekillendiren birolgudur. nsanlar tarafndan balangta sadece yaamsal ve temel ihtiyalar adnakullanlan enerji, gnmz modern Dnyasnda gittike artan bir ihtiyalamedeniyetin en temel ta konumundadr.

Hzla artan enerji ihtiyac ve evreye olan kanlmaz olumsuz etkiler, son yarmyzylda yenilenebilir enerji teknolojilerinin giderek nem kazanmasn ve yaygnolarak kullanlan enerji kaynaklar arasnda tercih edilen bir konuma ykselmesinisalamtr. Yenilebilir enerji teknolojileri arasnda ba eken ise rzgar enerjisidir.Rzgar enerjisi cretsiz yakt, evre dostu olmas, rekabeti teknolojisi ve estetik

duruuyla yenilenebilir enerji denince akla gelen simgedir. Rzgar enerjisinin birileri adm ise saysz avantaj ile Ak Deniz Rzgar Enerjisidir.

lkemizde henz bulunmamakla beraber Dnyada hzla yaylan ve karadakurulanlardan ok daha fazla bir art oran gsteren Ak Deniz Rzgar Enerjisigelecein enerjisi olarak grlmektedir. Tez almamda Trkiyede kurulmaya enelverili blgeleri ele alarak yakn gelecektebu konuda yaplacak atlmlara birkatkda bulunmaya altm.

Tez almam sresince bana her trl destei salayan ve yardmlarn esirgemeyentez danmanlarm, stanbul Teknik niversitesi Enerji Enstits Yenilenebilir EnerjiAna Bilim Dal Bakan Prof. Dr. Bihrat NZe ve stanbul Teknik niversitesinaat Fakltesi Su ve Deniz Bilimleri ve Teknolojileri Mdr Prof. Dr. M. SedatKABDALIya; bilgi ve yardmlarndan dolay r. Gr. Dr. Aysun Krolu vedier Hidrolik Laboratuar retim grevlileri ve rencilerine, paylamlar vemanevi destekleri iin arkadalarm Demet KAYIKI, Berkay KAVAS ve M. EmreHAKYEMEZe; hayatmda her anda olduu gibi yksek lisans eitimim boyunca

bana destek veren aileme; iten ve sonsuz teekkrlerimi sunarm.

Aralk2011 Bar GZEL

Makine Mhendisi


8/131

vi


9/131

vii

NDEKLER

Sayfa

NSZ ........................................................................................................................ vKISALTMALAR ...................................................................................................... ixZELGE LSTES .................................................................................................. xiEKL LSTES ...................................................................................................... xiiiZET ......................................................................................................................... xvSUMMARY ............................................................................................................ xvii

1. GR...................................................................................................................... 1

2. RZGAR VE ENERJ.......................................................................................... 52.1 Rzgar Oluumu ve eitleri.......................................................................... 52.2 Rzgar Enerjisi ve Tarihi ................................................................................ 72.3 Dnyada ve Trkiyede Rzgar Enerjisi ......................................................... 9

2.3.1 Dnyada rzgar enerjisi ........................................................................ 92.3.2 Trkiyede rzgar enerjisi ................................................................... 16

2.4 Rzgar Trbini ve Bileenleri....................................................................... 202.5 Rzgar Enerjisi Belirlenmesinde Temel Denklemler ................................... 232.6 Rzgarn statiksel zellikleri ve Weibull Olaslk Dalm Fonksiyonu.... 282.7 Rzgar Enerjisini Etkileyen Faktrler .......................................................... 29

3. AIK DENZ RZGAR ENERJS VE FZBLTE ADIMLARI.............. 35

3.1 Ak Deniz Rzgar Enerjisi.......................................................................... 353.1.1 Ak deniz rzgar enerjisi temel faktrleri......................................... 36

3.1.1.1 Rzgar profili, enerji retimi ve kapasite faktr 363.1.1.2 Su derinlii, zemin yaps ve temeller 36

3.1.1.3 Kurulum, yerleim ve konum.. 383.1.1.4 evre ve canllara olan etki. 403.1.1.5 Grsellik, ses ve tasarm. 41

3.1.2 Ak deniz rzgar enerjisi gncel durumu.......................................... 413.2 Ak Deniz Rzgar Enerjisi Fizibilite Admlar........................................... 44

3.2.1 Rzgar atlasna gre blge seimi...................................................... 443.2.2 Rzgar ve corafya verilerinin temini................................................ 45

3.2.3 Rzgar analizi ve rzgar atlas oluturma ........................................... 453.2.4 Harici ve dahili alanlarn belirlenmesi................................................ 46

3.2.4.1 Batimetri haritas. 463.2.4.2 Askeri ve milli snrlar. 473.2.4.3 Deniz ulam hatlar 483.2.4.4 Canl yaam g alanlar.. 483.2.4.5 Kum karm, mayn ve dier alanlar.. 493.2.4.6 Toplumsal turistik harici alanlar.. 49

3.2.5 Trbin ve temel seimi ........................................................................ 49

3.2.6 Trbin yerleimi .................................................................................. 50

3.2.7 G retimi hesaplanmas................................................................... 50


10/131

viii

3.2.8 Maliyet hesaplanmas .......................................................................... 513.2.9 Fizibilite deerlendirmesi................................................................... 52

4. BOZCAADA VE GKEADA RNEK ALIMASI................................... 534.1 Metodoloji ..................................................................................................... 53

4.1.1 Ham rzgar verilerinin analizi ............................................................ 55

4.1.2 Vektr harita ilenmesi....................................................................... 584.1.3 Trbin yerleimi ve hesaplamalar....................................................... 65

4.2 Bozcaada rnek almas........................................................................... 664.2.1 Rzgar verilerinin analizi .................................................................... 664.2.2 Saysal harita analizi........................................................................... 694.2.3 Rzgar atlas ve veri haritalar............................................................ 724.2.4 Trbin seimi ve mikro-konulandrma.............................................. 754.2.5 Enerji retimi ve enerji geliri .............................................................. 784.2.6 Maliyet analizi ..................................................................................... 814.2.7 Fizibilite deerlendirmesi................................................................... 86

4.3 Gkeada rnek almas ............................................................................. 88

4.3.1 Rzgar verilerinin analizi .................................................................... 88

4.3.2 Saysal harita analizi........................................................................... 904.3.3 Rzgar atlas ve veri haritalar............................................................ 924.3.4 Trbin seimi ve mikro-konulandrma.............................................. 934.3.5 Enerji retimi ve enerji geliri .............................................................. 954.3.6 Maliyet analizi ..................................................................................... 974.3.7 Fizibilite deerlendirmesi................................................................... 99

5. SONULAR ve NERLER............................................................................ 101KAYNAKLAR ........................................................................................................ 107ZGEM ............................................................................................................ 111


11/131

ix

KISALTMALAR

ABD :Amerika Birleik DevletleriC : SantigradCO2 :Karbon DioksitDEM :Digital Elevation ModelDM :Devlet Meteoroloji leriEE :Elektrik leri Ett daresiEPDK :Enerji Piyasas Dzenleme KurumuEA :Elektrik retim A..EWEA :European Wind Energy Association

GWh :Gigawatt SaatKm :KilometrekW :KilowattkWh :Kilowatt SaatLFR :Line Face RougnessMLRES :Milli Rzgr Enerji Sistemleri Gelitirilmesi ve Prototip Trbin

retimiM :Milattan nceMW :MegawattMWh :Megawatt SaatNASA :National Aeronautics and Space AdministrationOEWC :Observed Extreme Wind ClimateOMWC :Observed Mean Wind ClimateOWC :Observed Wind ClimateREPA :Rzgar Enerjisi Potansiyeli AtlasRES :Rzgar Enerjisi SantraliTEA :Trkiye Elektrik retim A..STRM :Shuttle Radar Topography MissionUTM :Universal Transverse MercatorV :VoltW :Watt

WAsP :Wind Atlas Analysis and Application Program : Euro$ : Dolar


12/131

x


13/131

xi

ZELGELSTES

Sayfa

izelge 2.1 :Kurulu kapasitesi en fazla olan 10 lke (WWEA,2011). ..................... 11izelge 2.2 :2010 sonu Afrika ve Ortadou baznda kurulu kapasiteler

(GWEC,2011). ...................................................................................... 13izelge 2.3 :2010 sonu Asya ve Avrupa baznda kurulu kapasiteler (GWEC,2011).

.............................................................................................................. 14izelge 2.4 :2010 sonu Dnyann geri kalan ve Dnya toplam baznda kurulu

kapasiteler (GWEC,2011). .................................................................... 15

izelge 2.5 :Trkiyede iletmedeki RESler ve kurulu gleri (Url-6). ................. 19izelge 2.6 :Przllk snflar ve uzunluklar....................................................... 31izelge 3.1:Ak deniz rzgar enerjisinin toplam kurulu kapasitesi (WWEA,2011;

Url-8). ................................................................................................... 42izelge 4.1 :WaSP B-Z Modeli znrlk kyaslamas (WaSP, 2010)................. 60izelge 4.2 :WaSPn baz ald przllk deerleri ve karlklar (WaSP, 2010).

.............................................................................................................. 62izelge 4.3 :Yerel imalat rzgar trbinin ve bileenlerine ait tevik alm fiyatlar

(Altuntaolu, 2011)............................................................................. 78izelge 4.4 :Bozcaadaya ait 20m ve daha s sularda yaplan trbin yerleim

senaryolar iin yllk retim ve gelir deerleri.................................... 80izelge 4.5 :Bozcaadaya ait 45m ve daha s sularda yaplan trbin yerleim

senaryolar iin yllk retim ve gelir deerleri.................................... 80izelge 4.6 :Bozcaada kablolama hesaplar ve maliyetleri...................................... 82

izelge 4.7 :Derinlik senaryolarna gre trafo dahil kablolama maliyetleri............ 82izelge 4.8 :Bozcaadaya ait 20m ve daha s sularda yaplan trbin yerleim

senaryolar iin maliyetler (EWEA,2009; Url-10; Nielsen, 2003). ...... 84izelge 4.9 :Bozcaadaya ait 45m ve daha s sularda yaplan trbin yerleim

senaryolar iin maliyetler (EWEA,2009; Url-10; Nielsen, 2003). ...... 84izelge 4.10: Bozcaada 20m senaryolarna ait fizibilite deerleri........................... 87izelge 4.11 :Bozcaada 45m senaryolarna ait fizibilite deerleri........................... 87

izelge 4.12 :Gkeadaya ait 20m ve daha s sularda yaplan trbin yerleimsenaryolar iin yllk retim ve gelirdeerleri.................................... 96

izelge 4.13 :Gkeadaya ait 45m ve daha s sularda yaplan trbin yerleimsenaryolar iin yllk retim ve gelir deerleri.................................... 96

izelge 4.14 :Gkeada kablolama hesaplar ve maliyetleri.................................... 97izelge 4.15 :Derinlik senaryolarna gre trafo dahil kablolama maliyetleri.......... 97izelge 4.16:Gkeadaya ait 20m ve daha s sularda yaplan trbin yerleim

senaryolar iin maliyetler (EWEA,2009; Url-10; Nielsen, 2003). ...... 98izelge 4.17 :Gkeadaya ait 45m ve daha s sularda yaplan trbin yerleim

senaryolar iin maliyetler (EWEA,2009; Url-10; Nielsen, 2003). ...... 98izelge 4.18 :Gkeada 20m senaryolarna ait fizibilite deerleri......................... 100

izelge 4.19 :Gkeada 45m senaryolarna ait fizibilite deerleri......................... 100


14/131

xii


15/131

xiii

EKL LSTES

Sayfa

ekil 2.1 :Basit rzgar evrimi. .................................................................................. 5ekil 2.2:Coriolis kuvvetinin global rzgarlara olan etkisi (Barutu, 2008). ............. 6ekil 2.3:Poul La Cour un1981deki ilk elektrik reten rzgar trbini. ................... 8ekil 2.4 :2011 Haziran sonu itibariyle dnyadaki toplam rzgar enerjisi kurulu

gc (WWEA, 2011)............................................................................... 10ekil 2.5 :Ktalararas kapasite dalm (WWEA, 2011)........................................ 11

ekil 2.6 :Kii bana den kurulu g deerleri asndan lider 20 lke(WWEA,2011). ....................................................................................... 12ekil 2.7:Kilometrekare bana den kurulu g deerleri asndan lider 20 lke

(WWEA, 2011). ...................................................................................... 13ekil 2.8 :50 m ykseklik iin REPA (Malko,2008). ............................................ 17ekil 2.9 :Trkiye Toplam RES Kurulu Gc (Altuntaolu, 2011)....................... 18ekil 2.10:Modern bir trbinin bileenleri (Url-4). .................................................. 21ekil 2.11:Rzgar trbinin enerji karmna ait akm tp..................................... 24ekil 2.12:G katsays hzlar oran ilikisi grafii.............................................. 26ekil 2.13:Rotor ve evresine ait akm koullar (Hau, 2006).................................. 27ekil 2.14:Weibull olaslk dalm fonksiyonu....................................................... 29

ekil 2.15 :Rzgar hznn ykseklik ile deiimi.................................................... 30ekil 2.16 :Kanat says g katsays kanat ucu hz oran grafii.................... 32

ekil 3.1 :2000-2009 aras Yllk ve Toplam Ak Deniz Kurulu Kapasitesi (EWEA,2010)........................................................................................................ 35

ekil 3.2 :Ak Deniz Trbin Temelleri (Malhotra, 2010). ...................................... 36ekil 3.3 :DM Trkiye Rzgar Atlas (DM, 2010)................................................ 44ekil 3.4 :Ege Denizindeki karasular snrlar (Url-9). ............................................ 47ekil 4.1:WaSP program girdi ve ktlar................................................................ 54ekil 4.2 :WaSP Climate Analyst program ileyii emas...................................... 55ekil 4.3:Wind Climate Analyst programna aktarlacak ham veri rnei (WaSP,

2010)........................................................................................................ 56

ekil 4.4:Wind Climate Analyst programna aktarlacak kompleks ham veri rnei(WaSP, 2010). ......................................................................................... 56

ekil 4.5:Wind Climate Analyst Programnda veri dizileri girildikten sonrasonularn elde edilmesi (WaSP, 2010).................................................. 57

ekil 4.6:OMWC sonu sayfas (WaSP, 2010)........................................................ 58ekil 4.7:WaSP programnn B-Z modeli nizlemesi (WaSP, 2010). ...................... 59ekil 4.8:Map Editorda arkaplan haritas iin pafta zerinde belirlenen sabit

noktalar (WaSP, 2010). ........................................................................... 61ekil 4.9: Map Editorda arkaplan haritas iin sabit noktalarn kalibrasyonu......... 62ekil 4.10:WaSP iin rnek przllk erileri (WaSP, 2010)............................... 64ekil 4.11:a)Przllk izgilerinin ular b)LFR hatas rnei (WaSP, 2010).64

ekil 4.12:Siemensin 3,6 MW gcndeki trbinine ait g erisi (WaSP, 2010).. 66

ekil 4.13:DMden temin edilen rzgar verilerinin format.................................... 67


16/131

xiv

ekil 4.14:Makro ile dzenlenmi rzgar verileri.................................................... 67ekil 4.15:Bozcaada DM verilerinin Wind Climate Analystte retim raporu....... 68ekil 4.16:Bozcaada iin Wasp Climate Analyst rzgar iklimi sonular................ 69ekil 4.17:STRM dosyalarnn Global Mapperdaki hali......................................... 70ekil 4.18: Bozcaada ve evresinin Map Editordaki ykseklik izgileri. ................ 71

ekil 4.19:Bozcaadaya ait przllk izgileri. ...................................................... 72ekil 4.20:Bozcaada rzgar atlas. ............................................................................ 73

ekil 4.21: Bozcaada ortalama rzgar hz veri haritas (20 m ve alt iin)............... 74ekil 4.22: Bozcaada ortalama rzgar hz veri haritas (20-45 m aras iin)............ 75ekil 4.23:Bozcaadaya ait fizibilite almas senaryolar...................................... 76ekil 4.24:Bozcaada rzgar tarlas yerleimi (20 m ve alt iin).............................. 77ekil 4.25: Bozcaada rzgar tarlas yerleimi (45m ve alt iin)............................... 77ekil 4.26 :Bozcaada 20m alt trbin senaryolar iin maliyet yzdeleri................. 85ekil 4.27 :Bozcaada 45m alt trbin senaryolar iin maliyet yzdeleri................. 85ekil 4.28:Gkeada DM verilerinin Wind Climate Analystte retim raporu. ...... 89ekil 4.29:Gkeada iin Wasp Climate Analyst rzgar iklimi sonular............... 90

ekil 4.30:Gkeada ve evresinin Map Editordaki ykseklik izgileri. ................ 91

ekil 4.31:Gkeadaya ait przllk izgileri. ...................................................... 91ekil 4.32: Gkeada rzgar atlas............................................................................ 92ekil 4.33 :Gkeada ortalama rzgar hz veri haritas (20 m ve alt iin). ............ 93ekil 4.34:Gkeada ortalama rzgar hz veri haritas (20-45 m aras iin).......... 93ekil 4.35:Gkeadaya ait fizibilite almas senaryolar...................................... 94ekil 4.36 :Gkeada rzgar tarlas yerleimi (20 m ve alt iin)............................. 94ekil 4.37 :Gkeada veri haritas (45m ve alt iin)............................................... 95ekil 4.38 :Gkeada 20m alt trbin senaryolar iin maliyet yzdeleri................. 99ekil 4.39 :Gkeada 45m alt trbin senaryolar iin maliyet yzdeleri................. 99


17/131

xv

AIK DENZRZGAR ENERJS, FZBLTE ADIMLARI ile BOZCAADAve GKEADA RNEK ALIMASI

ZET

Bu tez almasnda ncelikle rzgar enerjisinin tarihsel geliimi ile birlikte rzgarenerjisi hakknda temel bilgiler verilmive rzgar enerjisini etkileyen temel faktrlerdetaylca ele alnmtr. Rzgar enerjisinin Dnyadaki ve Trkiyedeki gnceldurumu ortaya konduktan sonra Ak Denizrzgar enerjisi aklanmtr. Ak deniz

rzgar enerjisindeki temel faktrler incelenmi ve Dnyadaki gncel durumbelirtilmitir. Trkiyede ak deniz rzgar tarlas bulunmamaktadr ve kurulmasdnlen bir tarla iin yatrm ncesi yaplacak olan fizibilite almasnda elealnmas gereken konular ve izlenilecek admlar detaylca ele alnmtr. Bu admlareliinde iki adet rnek alma yaplmtr. rnek alma alanlar belirlenirkenElektrik retim A..nin hazrlad Rzgar Enerjisi Potansiyel Atlas gz nnde

bulundurularak rzgar potansiyeli yksek deniz st blgeler belirlenmi, bunlardanGkeada ve Bozcaadaya ait deniz sahalar seilmitir. Bozcaada ve Gkeadarnek almalarnda WaSP (Wind Atlas Analysis and Application Program)

program kullanlmtr. WaSPta analizi yaplmak zere Devlet Meteoroloji leriGenel Mdrlnn Gkeada ve Bozcaada meteoroloji istasyonlarna ait 1999-

2010 tarihleri arasndaki saatlik rzgar hz ve yn verileri temin edilmitir. Trbinyerleimi ve ileri analizler iin adalara ait saysal topografik haritalar Shuttle RadarTopography Mission dosyalarnn Global Mapper programnda vektr haritasnadntrlmesiyle elde edilmitir. WaSP Map Editor programnda saysal haritalar

przllk, batimetri ve harici alanlar baznda ilenmitir. lenen tm verilerWaSPa aktarlm, rzgar atlas ve veri haritalar oluturulmutur. Fizibilitealmas iin 20mden s, ve 45mden s tm derinlik kategorilerini kapsayacakekilde 2 farkl derinlik senaryosuve her derinlik senaryosunda uygulanacak 4 farkltrbin senaryosu hazrlanmtr. Her senaryoya gre Bozcaada ve Gkeadann veriharitasnda trbin yerleimleri yaplm, WaSP aracyla retilen toplam enerji eldeedilmi, sonrasnda kapsaml bir maliyet almasile fayda-maliyet analizi yaplaraken uygun senaryolar belirlenmitir. Sonu olarak blgede bir Ak Deniz rzgartarlasnn uygun olup olmad ve uygunsa hangi koullar ve senaryolar altndaolduununtespit edilmesi amalanmtr.


18/131

xvi


19/131

xvii

OFFSHORE WIND ENERGY, FEASIBILITY STUDY GUIDELINES with

BOZCAADA and GKEADA CASE STUDY

SUMMARY

Energy has been a phenomenon that shapes the World and life since the beginning oftime. In earlier times, humans used energy just for survival and basic needs.However in our energy driven modern world it is the cornerstone of civilization witha growing necessity.

Rapid and continuous increase in need of energy and the inevitable negative effectson nature has caused renewable energy technologies to gain greater importance andto compete with mainly used energy sources, over the last 50 years. Among therenewable energy technologies, wind energy is proven to be the locomotive. Withfree fuel, being environment friendly, having competitive and progressivetechnology, and with esthetic look wind energy is the renowned symbol of renewableenergy. Having much more growth rate than onshore and with numerous advantages,offshore wind energy is believed to be next step in wind energy and the energysolution of the future.

There is no installed offshore wind farm in Turkey. This thesis focuses on the mostsuitable areas for an offshore wind farm installation and tries to guide near-future

investments on the subject.First, the historical evolution and the basics of wind energy are handled. Afterexamining the key factors that effect wind energy in detail, the trends and currentsituation both in the world and in Turkey are discussed. Offshore wind energy isaddressed with key factors and current situation in the world. The feasibilityguidelines of pre-investment period are pointed out with detail in case of an offshorewind farm is planned to be installed in Turkey. Within the guidelines, two casestudies are planned to be worked out. While spotting the areas for case studiesTurkish Wind Energy Atlas is consulted and offshore areas having high wind

potential are marked out, of which Bozcaada and Gkeada are chosen. In the case

studies of Bozcaada and Gkeada WaSP (Wind Atlas Analysis and ApplicationProgram) software is used. The wind speed and direction datas between 1999-2010years are provided from General Directorate of State Meteorology and analysed withWaSP. For the turbine siting and advanced analysis, digital topographic maps areacquired by Global Mapper Software which converted the Shuttle Radar Topographyfiles into the vector maps. These digital maps are processed in WaSP Map Editorsoftware wtih roughness,bathymetry and exclusion areas. All of the processed datasare imported to WaSP so that wind atlas and resource grids are developed. For thefeasibility study, two different depth scenarios; depths shallower than 20m and 45mand four different turbine scenarios that will be applied in the both depth scenariosare prepared. In each scenario, turbines are sited on resource grids of Bozcaada and

Gkeada, total energy production is calculated with WaSP, a detailed cost analysisis worked out and after considering cost-benefit analysis, the most feasible scenarios


20/131

xviii

are chosen. In the end, the aim is to check the suitability of an offshore wind farm inthe areas and if so, determine the feasible scenarios and the conditions required.


21/131

1

1. GR

Enerji, en basit tanmyla i yapabilme yeteneidir. Enerjiye olan ihtiya, tarih

boyunca hep var olmutur. nceleri hayatta kalmak iin kas gcyle elde edilen

enerji, zamanla doal kaynaklar ve yakt kullanarak, artan nfus, insan ihtiyalar ve

teknolojiyle birlikte byk bir hzla artmtr. Sanayi devrimiyle birlikte endstri

makinelemi, dolaysyla enerjiye olan bak as yeni bir boyut kazanmtr.

Endstriyi besleyen enerji iin hammadde araylar lkelerin stratejilerini

deitirmi, savalar km ve enerji bir g kayna haline gelmitir.

Yakn gemie kadar enerji elde etmek iin ounluunu fosil yaktlar oluturan

konvansiyonel enerji kaynaklar kullanlmtr. Konvansiyonel enerji kayaklarnn bu

kadar yaygn kullanlmasn salayan kayda deer avantajlar vardr. Bunlar emre

amadelik, oturmu teknoloji sayesinde yksek verim, kaynaklara ulam ve srekli

retimdir. Fakat bilindii zere konvansiyonel enerji kaynaklar dnya zerinde

belirli bir rezerv ile snrldr ve yeni rezervlerin oluma sreci milyonlarca yl

srmektedir; dolaysyla konvansiyonel enerji kaynaklar hzla tkenmektedir. Hzla

azalan kaynaklar yannda dramatik olarak artan fiyatlar da getirmitir. rnek vermek

gerekirse petrol fiyatlar 1970 ylnda kriz ba gstermeden nce varil bana 1,80

Amerikan Dolar iken 1974 Ocak aynda 11.65 Dolar, gnmzde ise 80 Dolar

civarndadr (Url-1). Rezervleri elinde bulunduran lkeler kaynaklar ve fiyatlar

kontrol etmektedir, sonu olarak konvansiyonel enerji kaynaklarnda arz gvenlii

sorunu vardr. Ayn zamanda konvansiyonel enerji kaynaklarnn kullanm

ekosisteme ciddi biimde zarar vermektedir. CO2 salnmlar ile birlikte hava

kirliliine yol amakta, beraberinde kresel iklim deiikliini getirmektedir.

Tm bu nedenler alternatif ve temiz enerji kaynaklarna olan ihtiyac dourmutur.

zellikle 1970 krizinden sonra yenilenebilir enerji kaynaklarna olan aratrma

younlatrlmtr. Konvansiyonel enerji kaynaklarnn aksine, yenilenebilir enerji

kaynaklar evre ile dost, dk iletim maliyetli ve en nemlisi cretsiz yakta

sahiptirler.


22/131

2

Yenilenebilir enerji kaynaklar arasnda lokomotif olan kaynak rzgar enerjisidir.

Rzgar enerjisi yeni bir enerji kayna deildir; insanlar, medeniyetin balangcndan

beri rzgar enerjisinden faydalanmlardr. Bu ilk nce yelkenli gemilerle ulamda,

daha sonra yel deirmenleri ile tarm ve sulamada gereklemitir. Rzgar enerjisini

kullanarak elektrik enerjisi retimi ise 90l yllardan itibaren byk bir hzla

artmtr. Haziran 2011 itibariyle rzgar enerjisinin kurulu kapasitesi 215 Gigawatt

gemi bulunmaktadr ve rzgar enerjisi dnyann elektrik enerjisi ihtiyacnn

yaklak %3n karlamaktadr(WWEA, 2011). Rzgar enerjisi en hzlbyyen

enerji kaynadrve dnyada son 12 ylda yllk %20-%40 byme hz gstermitir.

u anda en ekonomik enerji retim seeneklerinden biridir ve birok uluslararas

alma rzgar enerjisinin en popler enerji trendi olduunu gstermektedir. An

itibari ile 86 lke rzgar enerjisini elektrik retiminde kullanmaktadr. Rzgar

sanayinin olduu lkelerde 670,000'den fazla insan bu sektrde istihdam

edilmektedir (WWEA, 2011).

Rzgar enerjisinin hzla gelimekte ve artmakta olan bir kolu da Ak Deniz

(Offshore) rzgar enerjisidir. Denizdeki dzenli ve yksek hzdaki rzgarlar

sayesinde daha fazla enerji retim kapasitesine sahip olan Ak Deniz rzgar

trbinleri ayn zamanda lojistik olarak da daha avantajldr. lk Ak Deniz rzgar

tarlas 1991 de denenmitir ve 2000li yllar Ak Deniz rzgar enerjisinde patlama

yaanmtr. Gnmzde yaklak 3,5 Gigawatt Ak Deniz rzgar enerjisi kurulu

gc bulunmaktadr, yaklak 4 Gigawatt kurulum aamasndadr ve 19 Gigawatt

onaylanm proje bulunmaktadr(EWEA, 2011).

Trkiyede genel enerji durumu ise pek i ac gzkmemektedir. 2010 yl sonu

itibariyle, toplam elektrik retiminin %71,2si doalgaz ve kmrden, %24,5i

hidrolik kaynaklardan, %2,5i sv yaktlardan, %1,35i rzgardan ve %0,47si

jeotermal ve biyogazdan salanmtr. Trkiyede 2009 ylnda enerji arznn

petrolde %98, doalgazda %91lik blm ithalat ile karlanmtr (EA, 2011).

Bu tablo enerji talebi bakmndan nemli bir yzde ile da baml olduumuzu

gstermektedir. Enerji politikalarnda ncelik arz gvenlii olmaldr ve bunu

salamann yollar kendi kaynaklarmza ynelmek ile enerji kaynaklarmz

eitlendirmektir. Yenilenebilir enerji kaynaklar ve rzgar enerjisi nemli bir

seenek oluturmaktadr. Trkiye'de ilk Rzgar Enerji Santrali zmir'de 1998 ylnda

retime gemitir. Bunu takiben yaplan dzenlemeler ile birlikte Trkiyede kurulu


23/131

3

g hzl bir ekilde artm, toplam rzgar enerjisi kurulu gc Mays 2011 sonu

itibariyle 1405 MWa ulamtr ve bu deerler ile dnyada 17. srada bulunmaktayz

(Altuntaolu, 2011; Url-2). Bunlarla birlikte gncel olarak 3910 MWlk rzgar

enerjisi lisans verilmitir ve 28530 MWlk proje deerlendirmededir.

Rzgar enerjisinin Dnyadaki ve Trkiyedeki bu olumlu tablosu gz nnde

bulundurulduunda, rzgar enerjisi projelerinin dier enerji kaynaklaryla

yarabilmesi iin iyi analiz ve fizibilite almalarna tabi tutulmas gerekmektedir.

Rzgar fosil yaktlar gibi emre amade deildir; rzgar esmediinden enerji retimi

yaplamaz. Dolaysyla rzgar trbini kurulacak blgenin ve projenin baarl bir

ekilde analiz edilmesi ve fizibilite almas yaplmas arttr.

Bu almada ncelikle rzgar enerjisi tantlm ve temel faktrler incelenmitir.Dnyadaki ve Trkiyedeki durum ele alndktan sonra Ak Deniz rzgar enerjisi

detaylandrlmtr. Olas bir Ak Deniz rzgar enerjisi fizibilite almasnda ele

alnmas gereken konular ve izlenilecek admlar anlatlmtr. Son olarak iki adet

rnek alma yaplmtr. rnek alma sahas belirlenirken EAn hazrlad

Rzgar Enerjisi Potansiyel Atlas (REPA) gz nnde bulundurularak rzgar

potansiyeli yksek deniz st blgeler belirlenmi, bunlardan Gkeada ve

Bozcaadaya ait deniz sahalar seilmitir. Devlet Meteoroloji leri GenelMdrl (DM)nn Gkeada ve Bozcaadaya ait 10 yla ait saatlik rzgar

verileri analiz edilmi, adalara ait topografik haritalar bilgisayar zerinden hesaplama

yapmak zere saysallatrlmtr. Daha sonra tm veriler WaSP paket programnda

ilenmi ve bir rzgar atlas oluturulmutur. Oluturulan rzgar atlas zerinde

eitli senaryolara gre farkl derinlik kategorilerinde farkl glere ve markalara

sahip trbinler yerletirilmitir. WaSP aracyla toplam enerji elde edilmi,

sonrasnda kapsaml bir maliyet analizi ile fizibilite almas yaplarak blgede bir

Ak Denizrzgar tarlasnn uygun olup olmadnn tespit edilmesi amalanmtr.


24/131

4


25/131

5

2. RZGAR VE ENERJ

2.1Rzgar Oluumu ve eitleri

Rzgar basite, hareket halindeki hava olarak tanmlanabilir. Dnyamzdaki hayatn

ve tm enerji kaynaklarnn direkt veya dolayl olarak kayna olan gne, rzgarn

oluumunu da salamaktadr. Yerkrenin geometrik yapsndan ve yrngesel

hareketlerinden dolay gne her blgeyi ayn derecede stamamaktadr. Rzgarn

olumasn salayan en temel neden bu durum sonucunda ortaya kan basn ve

scaklk farkllklardr. Dnyadaki temel rzgar hareketini aklamak gerekirse;

ekvator ve evresindeki blgeler daha ok snrken, kutuplar daha az snmaktadr.

Ekvatordaki snan ve hafif hava atmosferin st katmanlarna ykselir, kutuplara

doru ilerler ve alalr. Dnyann kendi ekseni etrafndaki dnnden de etkilenen

hava, sonu olarak global bir sirklasyon oluturur(ekil 2.1).

ekil 2.1 :Basit rzgar evrimi.


26/131

6

Rzgarn hareket mekanizmasn drt ana faktr etkilemektedir: basn etkisi,

Coriolis etkisi, atalet etkisi ve srtnme etkisi.(Manwell ve di., 2002)

Basn Etkisi:Gnein dnyay e olarak stmamasndan kaynaklanr. Baz blgeler

dierlerine gre daha fazla sndndan basn fark oluur. Blgeler arasndakimesafe bana den bu basn farkna basn gradyan denir ve basn gradyan ne

kadar byk olursa rzgara etkiyen kuvvet o derece fazla olur; dolaysyla rzgar hz

doru orantl olarak ykselir(Johnson, 2001).

Coriolis Etkisi: Dnyann kendi ekseni etrafnda dnmesinden kaynaklanr.

Normalde dikey dz biz izgi takip edecek olan hava partikllerinin sapmasna neden

olan Coriolis kuvveti, ykselerek yaylan rzgr her iki yarmkrede 30 enlem

civarnda daha dk seviyelere doru ynlendirir. Etki kuzey yarm krede vegney yarm krede zt ynlere doru gerekleir (ekil 2.2).

ekil 2.2:Coriolis kuvvetinin global rzgarlara olan etkisi (Barutu, 2008).

Atalet Etkisi: Rzgarlarn byk apta dairesel hareketlerinden kaynaklanan bir

etkidir.

Srtnme Etkisi: Bu etki yeryznn hareket eden havaya kar gsterdii srtnme

direncinden domaktadr ve hava akn yavalatp ynn de etkileyebilmektedir.

Trblansl rzgar akna bu etki sebep olmaktadr. Yeryz zemininden ykseklik

arttka srtnme etkisi azalmaktadr ve bu etki atmosfer snr izgisi denilen snra

kadar ilemektedir(Manwell ve di., 2002).

Tm bu temel faktrlere ek olarak gndz- gece etkisi, nem oran, kara-deniz etkisi,topografik etkiler de rzgarlar ekillendirmektedir. Sonu olarak temel faktrler


27/131

7

kresel rzgarlar, dier etkiler de yerel rzgarlar oluturmaktadr. Kresel rzgarlar

kutuplara doru esen kutup rzgrlar, 40 ve 60 enlemleri arasnda kuvvetli esen

bat rzgrlar ile kuzey yarmkrede kuzeydou ynnden, gney yarmkrede

gneydou ynnden devaml ve kuru esen alize rzgrlarn kapsamaktadr. Yerel

rzgarlar ise gnlk ve mevsimsel olabilmekte, musonlar, tropikal rzgarlar, fn

rzgarlar, bora ve kasrgalar, deniz ve kara meltemleri, da ve vadi rzgarlarn

kapsamaktadr(Manwell ve di., 2002).

2.2Rzgar Enerjisi ve Tarihi

Rzgarlar gne enerjisinin dnyay stmas sonucu oluan, atmosferin potansiyel

enerjisinin basn kuvvetleri ile kinetik enerjiye dnmesidir. Bu kinetik enerjimekanik enerjiye evrilerek binlerce yldr kullanlmaktadr. Elektrik enerjisi olarak

kullanlmas yine mekanik enerjiye evrilmesi zerinden gereklemektedir ve yakn

gemiten itibaren mevcuttur.

nsanlarn rzgar enerjisinden bilinen ilk yararlanma ekli deniz ulamnda

kullanlan yelkenli gemiler araclyla olmutur. Watt 18. Yzylda buhar

jeneratrn icat edene kadar gemiler iin tek g kayna rzgar olmutur. Rzgarn

bu alanda etkisi kmsenmeyecek kadar fazladr; lkeler rzgar kullanma becerisisayesinde donanmalaryla iktidar sahibi olmu, corafi keifler rzgar enerjisinden

g alan gemilerle gerekletirilmitir.

Karada rzgar enerjisinden faydalanma yel deirmenleriyle gereklemitir. Bilinen

en eski yel deirmenleri Babil imparatorluunda kullanlm olup, tahmini icatlar

M.. 17. Yzyla dayanmaktadr. Resmi tarihi kaytlardaki en eski yel deirmeni ise

M.S. 7. Yzylda Persler tarafndan kullanlmtr. Bu deirmen yatay eksenli olup

ilkel bir tasarma sahipti. Yatay eksenli yel deirmenlerinin icat edilip kullanlmasortaa Avrupasna denk gelmektedir. lk yatay eksenli yel deirmenleri de kaba bir

tasarma sahipti fakat deirmenler yaygnlatka tasarmlarda iyiletirilmelere

gidildi. imdi yel deirmeni denince akla gelen Hollanda tipi yel deirmenleri 16.

Yzylda yaygnlamtr. Zamanla ar rzgarlarda kolayca kapanabilen yay-

yelken tipi kanatlar ve rzgarn ynne gre otomatik sapma sistemi gelitirilmitir.

Yel deirmenleri tahl tmenin yansra su pompalamak iin de kullanlmtr.

Hollandada su altnda kalan topraklardaki suyu boaltmak, Amerikada krsal


28/131

8

yerleimde ime ve sulama suyu elde etmede hayati nem tamtr (Hau, 2006;

Johnson, 2001).

Rzgar enerjisinden elektrik reten ilk rzgar trbini 23m rotor apyla 1891de

Danimarkada Paul La Cour tarafndan yaplmtr (ekil 2.3). La Cour rzgartrbinlerinin bugnk halini almasnda byk katlar salam bir bilim misyoneridir.

1910 itibari ile Danimarkada 5 ila 25 kW kapasitede birok trbin iletimdeydi.

1920de, rzgar trbinlerinin aerodinamik kapasiteleri zerinde almalar yrten

Albert Betz, hava akmnn sahip olduu enerjinin fiziksel olarak maksimum

%59,3nden yararlanlabileceini kantlad.

ekil 2.3:Poul La Courun 1981deki ilk elektrik reten rzgar trbini.

1925 civarnda iki ve kanatl rzgar trbinleri Amerikan pazarnda yerini almt.Bunlar genellikle kk gte (maksimum 3kW) krsal kesimlerin elektrik ihtiyacn

karlamak iin bataryalar doldurmak amac ile kullanlmaktayd. kinci Dnya

Sava ncesinde Lykkegaard ve F.L. Smidth firmalar 30 ila 60 kW gcnde

trbinler retmekteydi. Savatan sonra Johannes Juul 200 kW gcnde Gedser

trbinini yapt. Bu trbin kanatlyd, aerodinamik stall kontrolne sahipti (kanat

alaryla hz kontrol)ve senkron motor yerine indksiyon motor kullanlmt.Bu

konseptler gnmzdeki modern trbin teknolojilerine altyap oluturmutur.Amerikada ise 1930larn sonuna doru o zamana ve sonraki yllara gre en byk


29/131

9

rzgar trbini kurulmutu; iki kanatl, 53.3m rotor apnda, 1.25 MW gcnde

Smith-Putnam tarafndan kurulan trbin. Maalesef trbin ok byk ve o gnk

rzgar enerjisi mhendislii seviyesine gre erken bir tasarmd. 1945te bir kanat

sorunu kt ve proje iptal edildi. 20. Yzyln son eyreine kadar dnyada eitli

prototipler ve deneyler gerekletirilmitir. 1973teki petrol krizinden sonra rzgar

enerjisinde byk bir atlm yaanmtr. Petrol fiyatlarndaki byk art ve snrl

fosil yakt kaynaklarna ynelik kayg alternatif enerji kaynaklar arayna

dnmtr. Birok lke Ar-Ge ve retim iin hkmet destek programlar finanse

etmitir. Bu programlar eliinde kurulu gc yksek birok prototip denenmi fakat

bunlar ticari adan fizibl olamamtr. 1978de Amerikada trbinlerin ebekeye

balanmasna izin veren ve dk fiyatlandrmadan yararlanmay salayan bir

dzenleme hayata geirilmitir. Bu sayede artk birden fazla trbini bir rzgar tarlas

oluturacak ekilde ebekeye balamak ve ticari olarak getiri salamak mmkn

olmutur. 1980lerin ortasna gelindiinde dnyada binlerce ufak gte trbin kurulu

bulunmaktadr. 90l yllardan gnmze kadar olan srete mhendislik almalar

eliinde trbinlerin kapasitelerinde ve performanslarnda kayda deer gelimeler

gerekletirilmitir. Son 30 ylda trbinlerin gc 50 kWtan 5MWa kmtr. Artk

ak denize trbinler kurulmaktadr. Trbinlerin performans ve gvenilirliine

ynelik tasarm standartlar ve sertifikasyonlar ortaya kmtr. Rzgar enerjisinin

geliimini salayan ana etmen 70 ve 80lerde fosil yakt fiyatlar ve kaynak kaygs

iken gnmzde CO2 emisyonlar, evresel faktrler ve kresel snmadr. Artk

rzgar enerjisi daha gvenilirdir, enerji maliyeti konvansiyonel kaynaklarla

yarabilir dzeye gelmitir ve tevikler sayesinde gelimekte olan lkelerde de hzla

yaygnlamaktadr (Burton, 2001; Manwell vd.,2002; Hau,2006).

2.3Dnyada ve Trkiyede Rzgar Enerjisi

2.3.1 Dnyada rzgar enerjisi

Fosil ve nkleer kaynaklarn giderek tkenmesi ve buna bal olarak petrol

fiyatlarnn art,kresel snmayla iklim deiiklii yaanmas sonucu zellikle son

40 yldr alternatif ve temiz enerji kaynaklarna olan ihtiya ok byk bir hzda art

gstermitir. Rzgar enerjisinin ekonomik, sosyal ve ekolojik olarak srdrlebilir

bir enerji kayna olmas ilebu ihtiyaca ynelik en ideal zm olduunu, son 20

yldr hzla artan kurulu kapasitesiyle kantlamaktadr.


30/131

10

2010 sonu yaplan analizlere gre dnyada kurulu tm rzgar trbinleri global

elektrik arzna potansiyel olarak 430 TWh katkda bulunmulardr, bu da tm

dnyann elektrik talebinin yaklak %2,5ine denk gelmektedir. Bu miktar dnyann

en byk altnc ekonomisi olan ve 60 milyondan fazla nfusu olan ngilterenin

elektrik ihtiyacndan fazlasn karlayabilmektedir.2010 ylnda rzgar sektrnn

i hacmi 40 milyar Euronun zerinde olmutur. Be yl iinde istihdam durumu

neredeyse katna kmtr; 2005te 235.000 kii direkt ya da dolayl olarak rzgar

sektr ve yan kollarnda istihdam etmiken bu say 2010 da 670.000 olmutur.

ekil 2.4 incelendiinde, 2001 2011 yllar arasnda dnyadaki toplam rzgar

enerjisi kurulu gc grlebilmektedir. 2001 ylnda 24,3 GW olan toplam kurulu

g 2011 Haziran sonu ile neredeyse 10 katna ulamtr. 2011in ilk yarsndadnya apnda 18,4 GW yeni kapasite devreye girmi ve bu da toplamda 215 GW

Kurulu gce ulalmasn salamtr. 2011 sonunda toplam kurulu gcn 240 GW

gemesi beklenmektedir.

ekil 2.4 :2011 Haziran sonu itibariyle dnyadaki toplam rzgar enerjisi kurulugc (WWEA, 2011).

Global kurulu gc ktalara gre dalm ekil 2.5te grlmektedir. Ktalararas

dalmda son drt yldr Avrupa ba ekmektedirfakat Asya ktasndaki ciddi art,

yakn gelecekte Avrupay geride brakabileceinin bir gstergesidir. Afrika ve dier

ktalarda rzgar enerjisi yeni yaygnlamaktadr ve toplam kurulu g az da olsa

dalm oran giderek artmaktadr.


31/131

11

Daha spesifik incelendiinde, Asyadaki artn lokomotifi indir, bu art

Hindistan, Kore ve Japonya desteklemektedir. Kuzey Amerikada ise ABD ve

Kanada Kurulu gte lider ve istikrarl lkelerdir. izelge 2.1de Haziran 2011 sonu

itibariyle kurulu kapasitesi en fazla olan 10 lkeyi gstermektedir.

ekil 2.5 :Ktalararas kapasite dalm (WWEA, 2011).

izelge 2.1 :Kurulu kapasitesi en fazla olan 10 lke (WWEA,2011).

Sra lkeHaziran 2011Toplam (MW)

2011 Yeni(MW)

2010 Toplam(MW)

1 in 52.800 8.000 44.733

2 ABD 42.432 2.252 40.180

3 Almanya 27.981 766 27.215

4 spanya 21.150 480 20.676

5 Hindistan 14.550 1.480 13.065

6 talya 6.200 460 5.797

7 Fransa 6.060 400 5.660

8 ngiltere 5.707 504 5.203

9 Kanada 4.611 603 4.008

10 Portekiz 3.960 260 3.702

Dier 29.500 3.200 26.441

Toplam 215.000 18.405 196.682


32/131

12

izelge 2.1deki durum, ktalararas dalmdaki deiiklii destekler durumdadr.

Kurulu kapasite asndan lider durumdakiinin toplam kurulu gc Haziran 2011

itibariyle 52 GW gemi bulunmaktadr. kinci konumdaki ABDdeki toplam

kurulu g ise 42,4 GWtr. Fakat kurulu kapasiteden elde edilen elektrik lkenin

toplam elektrik retimine oranlandnda durum deimektedir; inde rzgar

enerjisi toplam elektrik retiminin %1,2sini karlamaktadr. Ayn durum ABDde

%2 civarna ulamtr. Baz lkelerde ve blgelerde ise rzgar en byk elektrik

kaynaklarndan biri halindedir. Elektrik retiminde rzgar enerjisi kullanm oran

asndan lider lke Danimarkadr. Bu adan Danimarkann ve dier lider lkelerin

rzgar enerjisi kullanm oranlar; Danimarka: 21 %, Portekiz: 18 %, spanya: 16 %,

Almanya: 9 % eklindedir. Benzer ekilde toplam kurulu kapasitenin toplam nfusa

oran ekil 2.6da ve kurulu kapasitenin yzlmne oran ekil 2.7de

grlmektedir. Toplam kurulu kapasiteleri en yksek olan lkeler kii bana

kapasitede ve yzlm bana kapasitede daha geride bulunmaktadrlar. Bu

alardaki lider lkeler rzgar enerjisini lke politikalarnda ve toplumsal

bilinlerinde daha st seviyede tutan, rzgar enerjisi sektrne yn veren lkelerdir

(WWEA, 2011; GWEC, 2011).

ekil 2.6 :Kii bana den kurulu g deerleri asndan lider 20 lke

(WWEA,2011).


33/131

13

ekil 2.7:Kilometrekare bana den kurulu g deerleri asndan lider 20 lke

(WWEA, 2011).

Bu oranlarda Danimarkal, Alman ve spanyol trbin reticilerinin byk katks

vardr. Bu reticiler hem ulusal hem de uluslararas piyasada lider tedariki

konumundadrlar. in, Hindistan, Kore ve Japonyadaki rakip reticiler de son

yllarda ataktadrlar.

Dnya genelinde toplam 83 lke rzgar enerjisini elektrik retiminde

kullanmaktadr. Bu lkelerden ne kanlarn 2009-2010 yllarna ait kurulu

kapasiteleri ve ait olduu ktalarn toplam kapasiteleri izelge 2.2, izelge 2.3 ve

izelge 2.4te incelenebilir.

izelge 2.2 :2010 sonu Afrika ve Ortadoubaznda kurulu kapasiteler

(GWEC,2011).

lke 2009 Sonu 2010 Yeni 2010 Sonu

AFRKA ve Msr 430 120 550

ORTA DOU Fas 253 33 286

Tunus 54 60 114

ran 92 0 92

Dier 37 0 37

Toplam 866 213 1,079


34/131

14

izelge 2.3 :2010 sonu Asya ve Avrupa baznda kurulu kapasiteler (GWEC,2011).


ASYA in 25,805 18,928 44,733

Hindistan 10,926 2,139 13,065

Japonya 2,085 221 2,304

Tayvan 436 83 519

Gney Kore 348 31 379

Filipinler 33 0 33

Dier 6 48 54

Toplam 39,639 21,45 61,087

AVRUPA Almanya 25,777 1,493 27,214

spanya 19,16 1,516 20,676

talya 4,849 948 5,797

Fransa 4,574 1,086 5,66

ngiltere 4,245 962 5,204

Danimarka 3,465 327 3,752

Portekiz 3,535 363 3,898

Hollanda 2,215 32 2,237

sve 1,56 604 2,163

rlanda 1,31 118 1,428

Trkiye 801 528 1,329

Yunanistan 1,087 123 1,208

Polonya 725 382 1,107

Avusturya 995 16 1,011

Belika 563 350 911

Dier 1,61 1,07 2,684

Toplam 76,471 9,918 86,279


35/131

15

izelge 2.4 :2010 sonu Dnyann geri kalan ve Dnya toplam baznda kurulu

kapasiteler (GWEC,2011).


LATIN AMERKA Brezilya 606 326 931

ve KARAYPLER Meksika 202 316 519

ili 168 4 172

Kosta Rika 123 0 123

Karayipler 91 8 99

Arjantin 34 27 60

Dier 83 23 106

Toplam 1,306 703 2,008

KUZEY AMERKA ABD 35,086 5,115 40,18

Kanada 3,319 690 4,009

Toplam 38,405 5,805 44,189

PASFK Avustralya 1,712 167 1,88

Yeni Zelanda 497 9 506

Pasifik Adalar 12 0 12

Toplam 2,221 176 2,397

Tm Dnya 158,908 38,265 197,039

Rzgar enerji sektr gelitike eitli yeni trendler de tremektedir. Bunlardan birisi

eski trbinlerin revize edilerek glerinin arttrlmasdr. Bu trend Almanyada

balamtr ve 2010da topla 183 MW kurulu gcnde makine eskileriyle

deitirilmitir. Bu trendin yakn gelecekte bymesi ngrlmektedir. Dier bir

trend ise halka ait rzgar tarlalarn anavatan olan Danimarkada balamtr ve

halkn rzgar trbini sahibi olmas konusunda yeni tevikler yrrle girmitir

(WWEA, 2011).

Japonyadaki nkleer felaket ve Meksika Krfezindeki petrol kaa rzgar

enerjisine olan olumlu bak asn hakl olarak pekitirmitir. Gn getike daha


36/131

16

fazla hkmet rzgar enerjisinin daha fazla kullanm iin destek vermektedir. Fakat

halen gelimekte olan birok lkede byk bir ynetmelik a bulunmaktadr,

piyasa altyapsnda yeterli stabilite ve gvenilirlik bulunmamaktr ve finansal

kaynaklar asndan sknt vardr. Bu lkelerden biri de Trkiyedir.

2.3.2 Trkiyede rzgar enerjisi

Trkiyede genel enerji durumu incelendiinde; 2010 yl sonu itibariyle,toplamda

210.181 GWh elektrik retilmitir. Bu retiminin %71,2si doalgaz ve kmrden,

%24,5i hidrolik kaynaklardan, %2,5i sv yaktlardan, %1,35i rzgardan ve

%0,47si jeotermal ve biyogazdan salanmtr. Trkiyede 2009 ylnda enerji

arznn petrolde %98lik, doalgazda %91lik blm ithalat ile karlanmtr

(EA, 2011). Bu tablo enerji talebi bakmndan nemli bir yzde ile da baml

olduumuzu gstermektedir. Her yl byyen bir ekonomiye sahip olan Trkiye

enerjiye a bir lke durumdadr. Enerji politikalarnda ncelik arz gvenlii olmaldr

ve bunu salamann yollar kendi kaynaklarmza ynelmek ile enerji kaynaklarmz

eitlendirmektir. Blm 2.1 ve Blm 2.3.1de de belirtildii zere rzgar enerjisi

bu ihtiyalar karlama asndan lider yenilenebilir enerji kaynaklarndandr.

Trkiyede rzgar enerji potansiyeli ele alndnda, bu konuyla ilgili Elektrik leri

Ett daresi (EE), yer seviyesinden 50 metre ykseklikte ve 7.5 m/s zeri rzgar

hzlarna sahip alanlarda kilometrekare bana 5 MW gcnde rzgar santrali

kurulabilecei kabul edilerek, Trkiye rzgar enerjisi potansiyelinin 48.000 MW

olduunu bildirilmitir. EE, meteorolojik verilerin, kresel atmosferik sirklasyon

modeli, orta-lekli saysal hava analiz modeli ve mikro- lekli rzgar ak modeli

ile analizini yaparak 200m x 200m znrlnde olan REPA 2006 ylnda

retmitir. Benzer bir alma da DMtarafndan2002 ylnda DM istasyon verileri

kullanlarak yaplmtr. Bu haritalarn amac potansiyeli yksek blgeler hakknda

bilgilendirme salamak, olas bir yatrm iin fizibilite almasnda ilk izlenimi

oluturmaktr. ekil 2.8deki 50m ykseklik iin retilmi REPAy incelendiinde

Egenin ky kesimi, Marmara Denizi evresi ve Akdenizin gney ve dou kesimleri

yksek potansiyele sahip olduu grlmektedir(Malko,2008; Url-5).


37/131

17

ekil 2.8 :50 m ykseklik iin REPA (Malko,2008).

Trkiye'de ilk rzgar enerji santrali zmir'de 1998 ylnda retime gemitir. 2001

ylnda karlan elektrik piyasas kanundan nce kurulmu olan rzgar enerjisi

santralleri otoprodktr ya da yap ilet devret sistemine gre alan tesislerdir.ekil

2.9daki grafik incelendiinde 2007 ylna kadar kurulu kapasitede kayda deer bir

deime yaanmamtr. 2007 ve sonrasnda ise hzla artan bir profil gze

arpmaktadr. Bunun nedeni yaplan elektrik piyasas ynetmelik dzenlemeleri

sonucu rzgar enerji santrali (RES) yapmak isteyen yatrmclarn Enerji PiyasasDzenleme Kurumundan (EPDK) lisans alma gereklilii ve buna bal olarak 2007

ylnda EPDKnn ilk ve tek kez lisans alm iin bavurular kabul etmesidir.

Toplamda 751 rzgar projesinden oluan 78.180 MW'lk lisans bavurusu

yaplmtr. Bavurular onaylanp projeler hayata getike toplam rzgar enerjisi

kurulu gc giderek artm ve 2011 son eyreiitibariyle 1478 MWa ulamtr. Bu

deerler ile Trkiye dnyada kurulu kapasite asndan 17. srada bulunmaktadr

(Altuntaolu, 2011; Url-2).


38/131

18

ekil 2.9 :Trkiye Toplam RES Kurulu Gc (Altuntaolu, 2011).

2011 son eyrei itibariyle toplamda 4465 MWlk RES lisans verilmitir fakat

iletmede olan toplam kurulu g 1478 MWtr. Bu farkn eitli nedenleri vardr;

temel nedenleri lisans almadan inaata balamaya kadar olan srete brokratik

ilemlerin uzunluu ve kurumlar arasndaki koordinasyon eksiklii, projelerde yeterligvenilir rzgr verilerinin bulunmamas, yaanan ekonomik kriz, kredi temininde

yaanan skntlar vb.dir. letme halindeki RESler izelge 2.5te kurulu g

asndan bykten ke ekilde incelenebilmektedir (Url-6).

Halen toplam kurulu gc 28530 MW olan 619 projenin EPDK ve dier ilgili

kurumlar tarafndan inceleme ve deerlendirmesi srmektedir.Bu projelerin hayata

gemesi iin lisans sahibi olunmas bir yana, RESlerin lkemizde salkl bir ekilde

oalmas iin altyap, tevik ve ynetmelik olarak ok yol katetmemizgerekmektedir. REPA incelendiinde RES kurmak iin elverili blgeler ounlukla

tketimin dk olduu ky alanlardr ve bu alanlarn ebeke kapasiteleri dktr.

Dolaysyla bu alanlarda ebekeye kapasitesi yksek bir RES kurulmas ancak

elektriksel altyapnn glendirilmesi ya daaltyaps uygun bir noktaya kadar kablo

hatt denmesi ile gerekleebilmektedir. Ayrca RESin balanaca noktada

sistemin ksa devre gcnn en fazla yzde 5'ine kadar kurulu kapasiteye izin

verilmektedir ve bu kapasite Trkiye toplamnda 8449 MWtr. Mevzuatta yaplanbir gncelleme ile ayn blge ve/veya ayn trafo merkezi iin yaplan birden fazla


39/131

19

bavuru olmas durumunda Trkiye Elektrik retim A.. (TEA), Rzgr

Enerjisine Dayal retim Tesisi Kurmak zere Yaplan Lisans Bavurularna likin

Yarma Ynetmeliince, belirli bir sre boyunca retilecek kWh bana denecek

en yksek katk payn sunan bavurunun kazanaca bir yarmayapmaktadr (Url-

7).

izelge 2.5 :Trkiyede iletmedeki RESler ve kurulu gleri (Url-6).

NO TESS ADI G (MW) NO TESS ADI G (MW)

1 SOMA / SOMA RES 140,80 22 KUYUCAK RES 25,60

2 OSMANYE RES 135,00 23 KEMERBURGAZ RES 24,00

3 AMLI RES 114,00 24 BANDIRMA - 3 RES 24,00

4 BLGN / SOMA RES 90,00 25 TURGUTTEPE RES 24,00

5 ALAA RES 90,00 26 MAZI-3 RES 22,50

6 SEBENOBA RES 60,00 27 SARES RES 22,50

7 ATALCA RES 60,00 28 AMSEK RES 20,80

8 SUSURLUK RES 45,00 29 KELTEPE RES 18,90

9 BANDIRMA RES 45,00 30 ENBK RES 15,30

10 YUNTDA RES 42,50 31 BOREAS - 1 ENEZ RES 15,00

11 MANASTIR RES 42,40 32 KORES KOCADA RES 15,00

12 ZYARET RES 35,00 33 DZOVA RES 15,00

13 MERSN RES 34,00 34 AYYILDIZ RES 15,00

14 AKBK RES 31,50 35 BURGAZ RES 14,90

15 SAYALAR RES 30,60 36 KARAKURT RES 10,80

16 NTEPE RES 30,40 37 BORES - YD 10,20

17YAPISAN / BANDIRMARES 30,00 38 ARES - YD 7,20

18 BELEN RES 30,00 39 EME RES 1,50

19 ANAKKALE RES 30,00 40 HADIMKY RES 1,20

20 SARIKAYA RES 28,80 41 TEPE RES 0,85

21 DATA RES 28,80 TOPLAM 1478,05


40/131

20

Yerli retim olarak eitli marka trbinlerin kuleleri ve kanatlar yabanc firmalarla

ortak giriim yaplarak yurt ii piyasada retilmektedir fakat daha ileri yerli rzgr

endstrisi geliimine ynelik yeterli politika bulunmamaktadr. 2011 yl banda

yaplan ynetmelik deiiklii ile yerli retimin desteklenmesine ilikin ek alm

garantisi umut vaat etmektedir Ayrca Milli Rzgr Enerji Sistemleri Gelitirilmesi

ve Prototip Trbin retimi (MLRES) konusunda almalar balamtr. Yerli

retimin gelecei konusunda bir dier belirsizlik gelecekte rzgr bavurularnn

alnp alnmayaca ya da ne zaman alnacadrnk 1 Kasm 2007 tarihinde bir

gnde alnan bavurulardan beri rzgr bavurusu alnmamtr.

2.4Rzgar Trbini ve Bileenleri

Rzgar trbini rzgardaki gc elektrie dntren bir makinedir. Buna rzgarn

gcn mekanik gce dntren yel deirmenlerinin deimi hali de denilebilir.

Elektrik jeneratrleri olarak rzgar trbinleri elektrik ebekesine balanrlar. Bu

ebekeler bataryay arj eden bir devre, yerleim alan lekli bir g sistemi, izole

bir ebeke ya da genel elektrik ebekesi olabilir.

Rzgar trbinlerinde enerji dnm temel aerodinamik kuvvetin kanatlar

araclyla dnen bir afta tork uygulamasyla nce mekanik enerjiye sonra dajeneratr vastasyla elektrie evrilmesi eklinde gerekleir.

Gnmzde en yaygn rzgar trbini tasarm yatay eksenli rzgar trbinidir; bu

dnme ekseninin yere paralel olmas anlamna gelmektedir. Yatay eksenli trbinler

kendi iinde rotor yn (rzgar alt ve rzgara st), rotor kontrol (pitch ve stall

kontrol), kanat says (genellikle ya da iki) ve rzgara gre nasl yn

deitirdiine (serbest sapma veya aktif sapma) gre snflandrlr(Bianchi ve di.,

2007; Hau, 2006).


41/131

21

ekil 2.10:Modern bir trbinin bileenleri(Url-4).

Yatay eksenli rzgar st bir rzgar trbininin temel yaps hari paralar ekil

2.10da grlebilmektedir. Buradaki paralar numaralar ile birlikte; 1.Rotor bal,

2. Rotor bal destei, 3. Kanat, 4. Kanat rulman, 5. Rotor gbei, 6. Ana aft

yata, 7. Ana aft, 8. Dili kutusu, 9. Servis vinci, 10. Fren diski, 11. Balant, 12.

Jeneratr, 13. Rota dilisi, 14. Kule, 15. Rota halkas, 16. Yafiltresi, 17. Jeneratr

fan, 18. Kanopi (Nacelle)dir (Url-4). Tipik bir yatay eksenli trbinin ana bileenleri

aada incelenmitir;

Rotor: Rotor gvdesi (hub) ve kanatlardan olumaktadr. Bunlar hem performans

hem de maliyet asndan en nemli paralardr. Gnmzdeki trbinlerin ou

rzgar st ve kanatldr. ki kanatl ve rzgar alt modeller ise daha seyrek olarak

kullanlmaktadr. Gemite tek kanatl tasarmlar olduysa da gnmzde

retilmemektedir. Gelien teknoloji ile birlikte trbinlerin kurulu gc artmaktadr,

bu temel olarak kanat boyu ile salanmaktadr. Elbette kanatlar bydke arlk

sorunu olumaktadr. Kanatlar genellikle kompozit malzemeden retilmektedir;

bunlar fiberglas ile kuvvetlendirilmi plastikler, ahap/epoksi laminatlar ya da karbon

fiber/epoksi kompozisyonlar olabilmektedir(Johnson, 2001; Burton, 2001).

Modern trbinler, ar yksek rzgar hzlarnda zarar grmemek iin stall veya pitch

kontrol mekanizmalaryla retilmektedir. Stall kontrol, kanat tasarmnn belirli bir

rzgar hzndan sonra kaldrma etkisini karlayacak bir basma etkisi yaratacak

ekilde yaplmasn kapsar. Pitch kontrol ise trbin zerinde bulunan anemometre


42/131

22

araclyla llen rzgar hznda belirli bir eiin geilmesi durumunda devreye

girer ve rotor gvdesinde, kanatlarn balant noktalarnda bulunan elektromekanik

sistemle kanadn as deitirilir(Bianchi ve di., 2007).

Aktarma Aksamlar:Nacelle kutusunun iindeki hareketli paralar kapsar. Bunlartemel olarak rotor tarafndaki dk hz mili, dili kutusu ve jeneratr tarafndaki

yksek hz milinden oluur. Ek olarak rulmanlar ve yataklama, kaplinler, fren sistemi

ve jeneratrn hareketli paralar da dahildir. Dili kutusunun amac rotorun dnme

hzn dk devirden(18-50rpm civar) jeneratre uygun devire(ortalama 1500rpm)

ykseltmektir. Dorudan tahrikli trbinlerde dili kutusu bulunmamaktadr (Hau,

2006; Burton, 2001).

Jeneratr: Rzgar trbinlerinde senkron, asenkron ve doru akm jeneratrlerikullanlr. Asenkron jeneratrler rzgar trbinlerinde en ok kullanlan bir jeneratr

tipidir. Avantajlar arasnda basit mekanik yap, byk boyutlarda retilebilme,

ebekeyle senkronize edilebilmeleri, retim ve bakm maliyetinin dk olmas ve

dayankl olmalar bulunmaktadr. Rzgar hznn ani deiimlerinde meydana gelen

tork titreimlerini ok baarl bir ekilde azaltabilmektedir. Senkron jeneratrler ise

daha etkili olduklar iin tercih edilebilmektedirler. ebekeye direkt balanabildikleri

gibi bir inverter araclyla da balanabilirler. Fakat ebekeyle senkronizeolabilmeleri iin ek ekipman gerekmektedir. Doru akm jeneratrleri ise ebekeden

bamsz olarak kurulan kk gteki rzgar trbinlerinde kullanlmaktadr. Hz

kontrolleri kolay olmasna ramen bakm gerektirirler ve gvenilirlikleri dktr

(Bianchi ve di., 2007; Hansen, 2001).

Nacelle ve Rota (Yaw) Sistemi: Bu kategori trbin gvdesi, mekanik ekipman yata

ve sapma ynlendirme sistemini ierir. Mekanik ekipman yata nacellein iindeki

aktarma aksamlar ve dier ekipmanlarn dzgn yerleimini salar. Nacelle kutusuise tm ekipmanlar d etkilerden korur. Rota mekanizmas ise rotoru rzgarn esme

ynne ayarlanm olarak tutmaya yarar. ki tip rota mekanizmas vardr; rzgar alt

trbinlerde kullanlan serbest rota sistemi ve rzgar st trbinlerde kullanlan aktif

rota sistemi. Aktif rota sistemleri sensor-motor-dili ekipmanlar kullanarak otomatik

olarak ilerken, serbest rota sistemi rzgar alt trbinlerin aerodinamik zelliinden

yararlanarak kendiliinden almaktadr(Bianchi ve di., 2007).


43/131

23

Kule ve Temel:Bu kategorideki ekipmanlar trbin dahilinde hem statik hem dinamik

en fazla yke maruz kalanlardr. Kule nacelle kutusunun iindeki tm ekipmanlara

ve rzgar kuvvetine, temel de kule dahil tm ekipmanlarn ykne dayanmaldr.

Kulelerin ykseklii kanat boyunun yaklak 2-3 katna denk gelmektedir. elik,

beton, kafes ve teller ile desteklenmi olmak zere birok kule tipi mevcuttur. En ok

kullanlan tip elik kulelerdir; bunlar 2-4 segmentten oluur ve belirli bir ayla

daralarak ykselir. Temellerde ise genellikle beton dolgu kullanlr. Topran

yumuak olduu durumlarda ise derine kazklarla akl plaka temeller

kullanlabilmektedir(Johnson, 2001; Hau, 2006).

2.5Rzgar Enerjisi Belirlenmesinde Temel Denklemler

Rzgardan enerji elde etmek temel olarak hareket halindeki havann kinetik

enerjisini mekanik enerjiye dntrerek gerekleir. m ktlesine ve v hzna

sahip olan hareket halindeki havann kinetik enerjisi aadaki formldeki gibi

hesaplanr:

Ek=12mv

2 (2.1)

Havann v hzyla belirli bir A kesit alanndan geerken oluturduu hacimseldebi "V ";

V = vA (2.2)

olarak gsterilir. Havann younluu hacimsel debi ile birlikte ktlesel debiyi

oluturur;

m =vA (2.3)

Bu denklemde ktlesel debi "m , birim zamanda bir noktadan/alandan geen ktleyiifade eder. Birim zaman bana den enerji gce (P) eittir, dolaysyla (2.1)

denklemindeki ktle, ktlesel debi (2.3) ile yer deitirildiinde srasyla

P=12(Av)v

2 (2.4a)

P=12Av

3 (2.4b)

g forml elde edilir.


44/131

24

Mekanik enerji rzgar akmndaki kinetik enerji kullanlarak elde edilir, yani ktlesel

debi deimez olduundan, akn hz kanatlar tarafndan taranan kesiti geince

azalmaldr. Sabit ktlesel debi ve azalm hz kesit alannn artmas anlamna

gelmektedir. Dolaysyla kanatlarn sprd kesitin nndeki ve arkasndaki

koullargz nnde bulundurmak arttr (Mukund, 1999) (ekil 2.11).

ekil 2.11:Rzgar trbinin enerji karmna ait ak borusu.

Burada v1, rotor kesitine henz ulamam, etkilenmemi serbest akm hzyken, v2;

rotorun arkasnda kalan hzdr. Trbinin hava akmndan mekanik enerji karm

hava akmnn rotordan nceki ve sonraki hali arasndaki g farkna denk

gelmektedir:

P=12A1v1

3-12A2v2

3=12(A1v1

3- A2v23) (2.5)

Ktlesel debinin sabitlenmesi aadaki denkleme baldr:

A1v1 = A2v2 (2.6)

Dolaysyla,

P=12 A1v1(v1

2-v22) (2.7a)

veya

P=1

2 (v

1

2-v2

2) (2.7b)


45/131

25

Bu denklem gz nnde bulundurulduunda, teorik olarak maksimum g v2 sfr

deerinde olduunda elde edilecektir. Fakat, fiziksel olarak bu sonu mantksal

deildir; k akm hz v2sfrsa rotordan nceki giri akm hz da sfr olmaldr,

bu da rotordan daha fazla bir akm gemeyeceini ima eder. Fiziksel olarak mantkl

bir sonu, belirli bir v2/v1 orannda maksimum gce ulalmasdr. Bu da rotorun

mekanik gcn ifade eden baka bir eitlik gerektirir. Momentumun korunumu

kanunu kullanldnda havann rotora etki ettii kuvveti aadaki ekilde ifade

edilebilir:

F=m (v1-v2) (2.8)

Etki-tepki prensibine gre bu itme kuvveti, rotorun hava akmna yapt e bir

kuvvetle dengelenmelidir. tme kuvveti, rotorun akm dzlemindeki hava ktlesini v

hzyla iter. Bunun iin gerekli g:

P=Fv=m (v1-v2)v (2.9)

Bylece, hava akmndan elde edilen mekanik enerji, bir yandan rotordan nce ve

sonraki g farkyla, dier yandan itme kuvveti ve akm hzyla bulunabilir. Bu iki

denklem v iin birbirine eitlendiinde:

12 m (v

21-v

22)=m (v1-v2)v (2.10a)

v=12(v1-v2) (2.10b)

Dolaysyla rotordan geen akm hz v1ve v2nin aritmetik ortalamasna eittir:

v=v+v

2 (2.10c)

Ktlesel debi bylece;

m =Av=12A (v1+v2) (2.11)

halini alr.

Rotordan elde edilen mekanik g aadaki ekilde ifade edilebilir:

P=14A(v1+v2) (v12-v22) (2.12)


46/131

26

Bu g eldesine bir referans oluturmak iin, ayn kesit alanndan geen mekanik g

elde edilmemi serbest hava akmnn gcyle karlatrlr:

P0=1

2Av1

3 (2.13)

Rotorun elde ettii mekanik g ve rotorun nndeki serbest hava akmna ait gcn

oranna g katsays denir ve cpile gsterilir:

cp=PP

=

A(v+v) (v

v)Av

(2.14a)

Birka dzenleme sonunda, g katsays direkt olarak v2/v1 hz orannn bir

fonksiyonu olarak belirtilebilir:

cp=PP

=12 [1

vv2

] 1 +vv (2.14b)

G katsaysnn rotor ncesi ve sonras hz oranlaryla olan ilikisi grafiksel olarak

analiz edildiinde g katsaysnn belirli bir hz orannda maksimum deere kt

kolayca grlebilir (Manwell vd.,2002) (ekil 2.12).

ekil 2.12:G katsays hzlar oran ilikisi grafii.

v2/v1 = 1/3 olduunda, maksimum ideal g katsays cpaadaki sonuca ular:

cp=67=0,593 (2.15)


47/131

27

Albert Betz bu nemli deeri ilk bulan kiidir ve bu yzdendir ki bu deer literatrde

Betz faktr olarak gemektedir.

deal g katsaysnn v2/v1 = 1/3te maksimuma ulatn bilerek, akm hz v:

v=23v1 (2.16a)

ve hava akmnn rotordan getikten sonraki dm hz v2 aadaki gibi

olmaktadr:

v2=13v1 (2.16b)

ekil 2.13 rotor ve evresindeki akmn durumunu daha detayl olarakgstermektedir. Akm izgilerine ek olarak ilgili akm hzlarnn ve basn

yksekliinin deiimleri de grlebilmektedir. Rotora yaklarken hava yavalar,

rotordan getikten sonra ise daha dk bir hza iner. Ak izgileri akm tpnn

daha byk bir apa genilediini gsterir ki bu da hzn azalmas anlamna

gelmektedir. Trbine yaklarken basn ykseklii artar, aniden dk bir deere

atlama yapar, daha sonra trbinin arkasnda basn eitlenmesinden dolay ortam

(atmosfer) basncna geri dner. Akm hz da trbinden uzakta ilk deerine geri

dner ve ap artm akm izgileri yokolur(Bianchi ve di., 2007).

ekil 2.13:Rotor ve evresine ait akm koullar(Hau, 2006).


48/131

28

2.6Rzgarn statiksel zellikleri ve Weibull Olaslk Dalm Fonksiyonu

Yllk ortalama rzgar hzlarnn yldan yla deimesi tahminlerini g klsa da, yl

iindeki rzgar hz deiimleri bir olaslk dalm fonksiyonu ile karakterize

edilebilir. Weibull olaslk dalm fonksiyonu saatlik ortalama rzgar hzlarnn

deiimini bulmakta birok tipik saha iin uygun bir fonksiyondur. Fonksiyon

aadaki gibidir:

F(v) = exp(vck

) (2.17)

Burada F(v) saatlik ortalama rzgar hznn vdeerinigetii zamannorann

gstermektedir. Fonksiyon iki parametre ile ekillenmektedir; lek parametresi c

ve ekil parametresi k. k, ortalamann deikenliine, c ise yllk ortalama rzgar

hzna baldr;

v=c(1+1/k) (2.18)

gama fonksiyonunu gstermektedir. Bu fonksiyon olaslk younluu

fonksiyonundan tretilebilir:

f(v)=dF(v)dv =kcvck1 exp() (2.19)

Ortalama rzgar hz aadaki denklemle elde edilir:

v= vf(v)dv0 (2.20)

Weibull olaslk younluk fonksiyonuna ait rnekler ekil 2.14te grlebilmektedir.

Deiik k deerlerine gre eri de deimektedir; k deeri arttka eri daha dik bir

tepe noktasna sahip olmaktadr, bu da daha dk rzgar hz deiimini

belirtmektedir (Manwell ve di., 2002; Mukund, 1999).


49/131

29

ekil 2.14:Weibull olaslk dalm fonksiyonu.

2.7Rzgar Enerjisini Etkileyen Faktrler

Rzgardan elde edilen gc etkileyen ana faktrler g formlne dayanmaktadr.

2.4b formlnde belirtildii gibi (P=12Av3) retilen g, havann younluu,

rotorun tarad alan ve rzgarn hznn kpyle doru orantldr. Ayn zamanda

g retimini g katsays (cp) de etkilemektedir. Rzgar hz evresel faktrlere,

rotor tarama alan ve g katsays ise tasarmsal faktrlere gre deiiklik

gstermektedir. Bu faktrler aada incelenmitir:

Rzgar Rejimi: Rzgardan enerji retiminde retilen enerji rzgar hznn kpyle

doru orantl olduundan dikkat edilmesi gereken en nemli nokta rzgarn hz ve

deikenliidir. Rzgar hzndaki ufak bir art bile g formlne bal olarak

katlanarak retimde etkisini gsterir. Rzgar hem global iklimsel blgelere gre hem

de lokal corafyaya gre yksek derecede deikenlik gsterir. Bu deikenlik

enlemlere, kara ve deniz alanlarnn byklne, topografyaya ve bitki rtsne

baldr ve dakikaya, saate, gne, mevsime ve yla gre farkllk gsterir. Rzgar

gne ve mevsimlere gre ekillendiinden, rzgar rejimi genellikle yllk olarak

kendini tekrar eder. Dolaysyla bir rzgar trbininin ya da rzgar tarlasnn


50/131

30

ekonomik adan fizibl olup olmadn anlamak iin uzun sreli yllk ortalama

rzgar hz bilgileri bilinmelidir.

Lokal Corafya: Rzgar trbini kurulmas planlanan yerdeki rzgar profiline etki

eden en nemli faktr lokal corafyadr. Rzgar hz yerden ykseklik arttka, yeryzeyinden kaynaklanan srtnme kuvvetinden kurtulur ve art gsterir. Rzgar

hznn ykseklikle olan bants aadaki gibidir:

v2= v1hhz0

(2.21)

v2= h2yksekliindeki hesaplanan rzgar hz

v1= h1yksekliindeki referans rzgar hz

z0 = zemine ait przllk uzunluu

eitli zemin przllne ait rzgar hz ykseklik profilleri ekil 2.15te

grlebilmektedir. Burada nemli olan, przllk uzunluu byk olan blgelerde

rzgarn belirli bir hza ulamas ok daha yksekte olurken, przllk uzunluu

kk blgelerde rzgar hz daha dk yksekliklerde ayn deerlere ulamaktadr.

Rzgar trbini yerleimi yaplrken bu gz nnde bulundurulan en nemli

etkenlerdendir.

ekil 2.15 :Rzgar hznn ykseklik ile deiimi.

Dier topografik etkiler ise tnel etkisi ve tepe etkisidir. Tnel etkisine dalk

blgelerde ve derin vadilerde rastlanlr; iki tepe arasnda ya da vadinin iki yamacnn


51/131

31

arasnda skan rzgar, yksek basntan alak basnca doru hzlanarak ilerler. Bu

durumda scaklk farknn da etkisi vardr. Tepe etkisinde ise hava akm tepeyle

karlatnda skma gerekleir, tepenin stne ve ardna getiinde tekrar dk

basn alannda geniler. Basn yksekliinde d hz yksekliinde bir arta

sebebiyet verir ve dolaysyla rzgar hz artar. Her iki etkide de rzgar hzlar

artmaktadr; bu retilen enerjiyi arttrr fakat iki durumda da trblans olumaktadr.

Trblans trbin zerine ek ykler getirerek mrn ksaltmakta ve iletim srasnda

arzalara sebep olabilmektedir.

Rzgar profiline etki eden topografik etmenler dndaki lokal corafi temel etmenler

przllk ve engellerdir. Przllk bahsi geen blgedeki yer yzeyinin

przlln belirtir ve arazinin yaps (su yzeyi, dz toprak, kayalk, vb.), bitkirts (allklar, yksek orman, vb.), yerleime gre farkl deerler ile gsterilir. Bu

deerler genellikle przllk uzunluu parametresiyle belirtilir:

z0 =12(h S)/Ah (2.21)

Burada, z0przllk uzunluu parametresini, h przllk elemannn yksekliini,

S rzgara dik gelen yzey alann, Ah ise yatay izdm alann belirtir. (WaSP,

2010) Przllk, rzgar profilinin yatay bileeninin ekil 2.15teki gibi artan

ykseklikle olan bantsn etkileyecei gibi, trblans ve kesme kuvveti yaratarak

dikey rzgar profilini de etkiler. eitli przllk snflar ve bunlara ait przllk

uzunluklar izelge 2.4te verilmitir.

izelge 2.6 :Przllk snflar ve uzunluklar.

Przllk Snf Przllk Deeri, z0(m)

Snf 0 (su yzeyleri) 0,0002Snf 1 (ok seyrek bitki rtsne sahip dz araziler) 0,03

Snf 2 (seyrek yerleim veya aaca sahip araziler) 0,1

Snf 3 (youn orman veya ehir yaplar) 0,4

Aalar, kaya formasyonlar ve binalar gibi engeller ise rzgar hzn azaltabilecei

gibi, ynnn deimesine ve trblansa da yol aabilmektedir. Przllk daha


52/131

32

geni bir alanda rzgar profilini etkilerken engeller daha limitli bir alanda etki

gsterirler.

Hava younluu:Rzgardan elde edilen g rotordan geen havann younluuyla

doru orantldr. Havann younluu ise gaz kanununa gre basn ile doru vescaklk ile ters bantldr. Basn ise rakm arttka azalmaktadr. Dolaysyla deniz

seviyesine yakn ve scakl dk blgelerde enerji retimi daha verimlidir.

Kule Ykseklii:nceki maddelerde de belirtildii zere yerden ykseklik arttka

rzgar hz belirlibir art gsterecektir. Artan rzgar hzndan yararlanmann en

temel yollarndan biri trbin kulelerinin yksekliidir. Yksek kulelerin bir dier

avantaj da evredeki przllk ve engellerin yarataca istenmeyen etkilerden

kanmaktr. Fakat artan ykseklik yannda artan maliyetleri de getirmektedir, bununiin enerji eldesiyle maliyet arasnda optimum bir iliki fizibilite almas ile

belirlenmelidir.

Kanat Boyu ve Says:Teorik olarak, rotor tarama alan arttnda, enerji retimi de

doru orantl olarak artacaktr, rotor tarama alan da kanat boyunun karesiyle

bantldr. Fakat kanat boyunun byk olmas her zaman pozitif bir getiri

salamamaktadr. Asl nemli olan rzgar rejimine gre teknik ve ekonomik adan

optimumu yakalamaktr. Kanatlar uygun rzgar hz ve trblansa gre

tasarlanmaldr.

Eski tip rotorlarda tork gerektiren su pompalama ilemi iin ok sayda kanat

kullanrken, elektrik retiminde rotor yksek hzlarda dnmelidir. Kanat saysnn

g katsaysyla ilikisi ekil 2.16da grlebilmektedir.

ekil 2.16 :Kanat says g katsays kanat ucu hz orangrafii.


53/131

33

ekilde kanat ucundaki teetsel hzn rzgar hzna orann gstermektedir. Yksek

kanat ucu hz oranna sahip rotorlarda belirli bir zaman aralnda daha fazla hava

kanatlarla temas ederek dnme katk salayacaktr. Yksek oran tercih sebebidir

nk rotor aftnn daha hzl dnmesini salayarak jeneratrn daha verimli

almasn salar. Grafik incelendiinde yksek kanat ucu hz oran ve byk g

katsays bileimini iki ve kanatl rotorlarn salad grlebilmektedir. Modern

trbinlerin rotorlarnda ounlukla kanat, bazen de iki kanat kullanlmaktadr.

Kanatlar kulenin hizasndan geerken trblans olumaktadr ve iki kanatl

trbinlerde bu yk dengeleyecek bir kanat kalrken kanatl trbinlerde kalan iki

kanat daha sorunsuz bir iletim sunmaktadr.

Trbin yerleimi: Blm 2.5te de belirtildii zere rotordan getikte sonra havaakmnnbasnc, hz ve tad enerji der. Ayn zamanda trblansl bir yapya

giren hava akm belirli bir yol kat ettikten sonra eski haline dner. Bu duruma iz

(wake) etkisi denir. Birden fazla trbinin bulunduu rzgar tarlalarnda arka sralarda

kalan trbinler iz etkisine maruz kaldnda hem retilecek enerji decek, hem de

trblanstan dolay ek ykler ve yorulma meydana gelecektir. Dolaysyla rzgar

tarlalarnda trbin yerleimi yaplrken iz etkisini minimize etmek iin trbinler aras

belirli bir mesafe braklmaldr. Bu mesafe zemine, hakim rzgar ynne, rzgar

hzna ve trbin kapasitesine gre deiir. Yaplan almalarda optimum mesafe

rzgara kar yanal dizilimde 2-5 rotor ap, dikey dizilimde 8-12 rotor ap olarak

saptanmtr(Hau, 2006; Mukund, 1999; Url-5; Ragheb, 2011).


54/131

34


55/131

35

3. AIK DENZRZGAR ENERJSVE FZBLTE ADIMLARI

3.1Ak DenizRzgar Enerjisi

Ak Deniz, kelime anlam olarak ak deniz, ky tesi manasna gelmektedir ve

rzgar enerjisi literatrnde karann 10km ve fazlas anda denizde olan rzgar

trbinleri iin kullanlr. Bir dier benzer terim olan near-shore ise kyya maksimum

3km uzaklktakara zeri ve karaya maksimum 10km uzaklkta deniz zeri kurulum

iin kullanlr. Gnmzde en yaygn kullanlan rzgar trbinleri olan onshore

trbinler ise kyya minimum 3 km uzaklkta kara zeri kuruluma verilen addr. Fakat

literatrde byle gemesine ramen sektrde ounlukla yakn ky (near-shore)

terimi kullanlmayp, deniz ve dier su ktlelerinde kurulan tm trbinler Ak

Deniz, karada kurulan tm trbinler de onshore olarak snflandrlmaktadr.

Son on ylda, rzgar enerjisi sektr byk bir hzla gelierek elektrik retiminde

salam bir yer edindi. lerleyen teknoloji ve imkanlarla, ilk bata sadece deneysel

olan su yaplar zerindeki rzgar trbini konsepti gnmzde 3 GWn zerinde

kurulu kapasiteye ulamtr. ekil 3.1 de incelendiinde, 2000li yllardaki test

amal dk kurulum ve son yllardaki hzl art dikkat ekmektedir.

ekil 3.1 :2000-2009 aras Yllk ve Toplam Ak DenizKurulu Kapasitesi (EWEA,

2010).


56/131

36

Ak Deniz rzgar trbinlerinin tercih edilmesinin ve hzla yaylmasnn birok

nedeni vardr fakat temel etken su ktleleri zerinde rzgardan elde edilecek

enerjinin ok daha fazla olmas ve bu potansiyelden yararlanlabilecek alanlarn

enerji ihtiyacn katlarnca karlayacak kadar geni olmasdr. Ak Deniz rzgar

enerjisini etkileyen birok faktr vardr; bunlar sahaya gre avantaj veya dezavantaj

salayabilmektedir ve tamam alt blmlerde detaylca ele alnmtr.

3.1.1 Ak deniz rzgar enerjisi temel faktrleri

3.1.1.1Rzgar profili, enerji retimi ve kapasite faktr

Denizdeki rzgarlar karadakilere gre genellikle daha yksek hzl ve daha az

deikendir. Bunun sonucunda, trbinler zamann daha geni bir ksmndamaksimum kapasitelerinde alrlar ve rzgar hznn az deiken yapda olmas

trbinin daha az yorulmasna ve elektrik ebekesine daha sabit bir g iletimine yol

aar. Rzgar hzndaki art Ak Deniztrbinlerinde elektrik retimde %150lik bir

arta ve rzgar tarlasnn kapasite faktrnde %25ten %40a bir ykselie yol aar

(Dhanju ve di., 2007).

3.1.1.2Su derinlii, zemin yaps ve temeller

Gncel teknolojiler belirli bir derinlie kadar trbin kurulumuna izin vermektedir.

Derinlik arttka temel iin gerekli malzeme ve i gc de artacandan maliyet

ykselmektedir. Gnmzde 45 metreye kadar Ak Deniz trbin kurulumu

yaplmaktadr.

ekil3.2 :Ak DenizTrbin Temelleri (Malhotra, 2010).


57/131

37

Ak Denizrzgar trbinlerini karaya kurulan (onshore) trbinlerden ayran en temel

bileenleri temel yaplardr. Onshore trbinlerde elik destekli beton dolgu inaat

temelleri kullanlrken Ak Deniz trbinlerde kullanlan temeller su derinlii ve

zemin yapsna gre farkllk gstermektedir. Ak Deniz rzgar trbinlerinde

kullanlan temel tipleri ekil 3.2de grlebilmektedir. Burada a)arlk, b)tek kazk,

c) ayak, d)jacket, e)yzer tip temeli gstermektedir (Markard ve di., 2009).

30 m ve daha s sularda iki tip temel yaygn olarak kullanlmaktadr. Bunlar arlk

temeli ve tek kazk (monopile) temelidir. Arlk temeli adndan da anlalaca

zere kendi arln kullanarak trbini sabitleyen temel tipidir. Derinlie, trbin

byklne ve ortam koullarndan kaynaklanan yklere gre arl 500 ila 1400

ton arasnda deimektedir ve betonarmeden yaplmaktadr. Arlk temelleri dahaok s sularda ve dier temel tiplerini yerletirmek iin delme veya akma

yaplamayacak kaya tipi sert zeminlerde tercih edilmektedir. 15 m st derinliklerde

maliyetleri ar artmaktadr ve fizibl olamamaktadrlar (ODE, 2007; Malhotra,

2010).

Tek kazk temeli tm Ak Deniz kurulumlarda en yaygn olarak kullanlan temel

tipidir ve 3-6 m apnda, yaklak 150mm et kalnlnda tek bir borudan

olumaktadr. Deniz zeminine koullara gre 10 ila 30m zel ahmerdanlarlaaklmaktadr ya da nceden delinmi deliklere sabitlenmektedir. Tek kazktemeller

arlk olarak 175-1000 ton arasnda deimektedir. Bu kadar geni bir arala sahip

olmasnn nedeni en s sulardan 30m derinlie kadar hem yumuak hem de sert

toprak tiplerinde kullanlabiliyor olmasdr. (EON, 2010; Malhotra, 2010)

S sularda kullanma uygun bir dier temel tipi de vakumlu kesondur. Ak Deniz

rzgar trbinleri iin daha deneme aamasnda olan bu temel tipi, tek yz ak bir

elik kasaya benzemektedir. Ak u zemine denk gelecek ekilde batrlpyerletirildikten sonra iindeki su boaltlr ve basn fark sayesinde emniyetli bir

ekilde sabitlenmi olur. indeki su boaltldka zemine daha ok gmleceinden

yumuak tip toprakta kullanlmas gerekmektedir. Avantajlar basit kurulum ve

skmdr (Malhotra, 2010; ODE, 2007).

Daha derin sularda kullanlan temeller jacket, ayak (tripod) ve deneysel

aamadaki yzer temel tipleridir. Jacket ve ayak esasen oklu tek kazkyapsnda

temellerdir ve tek kazn kullanlamad derinliklerde tercih edilmektedir. ayak


58/131

38

tasarmnda tek bir boru farkl boruya balanarak piramitsi bir yap

oluturmaktadr. Herayak zemine aklmaktadr. Arl trbin ykne ve derinlie

gre 125-700 ton arasnda deimektedir. Gncel olarak 45 metre derinliinde

kullanlmaktadr ve 60 metre derinlie kadar kullanlabilir olduu bilinmektedir.

Jacket temel tipi 40 metre zeri derinliklerde kullanlan, koullara gre 200 ila 500

ton arasnda arl olan bir temeldir. retimi dier temel tiplerine gre daha

komplekstir, birok elik boru birbirine kaynak yaplmaldr. Deniz zeminine drt

ayak temas etmektedir ve her ayak aklmaldr. Yzer temeller deneme

aamasndadr fakat gelecek iin mit vaat etmektedirler. Bu temeller Ak Deniz

petrol ve gaz platformlarnda kullanlmaktadr ve rzgar sektrnde de kendini

kantlarsa derinlik kstlamalar ortadan kalkacak, ok daha fazla enerji retimine

olanak salayacaktr. An itibariyle Norvein 12 km gneydousunda 220m su

derinliinde 2,3 MW gcnde Siemens trbini deneme amal Hywind projesinde

elektrik retimine devam etmektedir (EON, 2010; SWEP, 2009).

3.1.1.3Kurulum, yerleim ve konum

Geni Kurulum Alan

Ak Deniz rzgar trbinlerinin kurulumu iin uygun ok geni alanlar mevcuttur.

Karadaki yollarn snrlamasnn aksine, nakliye ve kurulum denizde yapldndan

trbinler iin neredeyse boyut snrlamas yoktur. Ak Denizpetrol ve doal gaz

endstrisi iin gelitirilmi deniz vinleri karadakilere kyasla daha byk paralarn

tanarak daha byk trbinlerin kurulmasna izin vermektedir. Ayn zamanda byk

paralarn denizde nakliyesi ok daha kolaydr.

Yerleimi Etkileyen Faktrler

Her ne kadar Ak Deniztrbin yerleim alanlar ok geni de olsa, derinliin dndada baz faktrler kurulum yaplabilecek alanlar limitlemektedir. Bunlar; deniz

tatlar rotalar ve demirleme alanlar, askeri blgeler, canl yaam ve g blgeleri,

mayn, kimyasal atk ve kum karm gibi dier blgeler. Ayrca turistik blgeler ve

toplum tarafndan kurulum iin kar klan blgeler de saylabilmektedir.

Projelendirme yaplrken kurum yaplacak alanlar bu blgeleri kapsamayacak ekilde

dzenlenmelidir.

Genellikle bir tarladaki trbinler 500-1000 metre aralkla yerletirilir ve kanatlarn enalak noktas su seviyesinden en az 20 metre yukarda olur. Dolaysyla deniz


59/131

39

tatlar bir rzgar tarlasndan sorun olmadan geebilir. Tek problem demirlemedir,

apalarn su alt kablolarna taklma veya kablo stndeki zemini deforme etme riski

bulunmaktadr(Cockerilla ve di., 2001; Dua ve di., 2007).

Kyya Uzaklk ve Konum

Kyya uzaklk kurulum, iletim ve bakm maliyetlerini arttrmaktadr. Kurulum

srasnda gemiler ky ve kurulum alan arasnda bir ok sefer yapmak zorundadrlar

ve kyya uzaklk artka gerekli sre ve dolaysyla maliyet de artar. Dahas, kyya

uzaklk denmesi gereken iletim hattn ve maliyetini de doru oranda

etkilemektedir. letim srasnda bakm ekibi temelleri ve trbinleri kontrol etmek

amacyla rzgar tarlasna dzenli ziyaretlerde bulunmaldr.

Onshore rzgar tarlalar genellikle enerji ihtiyacnn fazla olduu byk yerleim ve

sanayi merkezlerine yakn olmamaktadr. Bunda yerleim yaplarnn przllk

etkisi, trbin yerleimi iin gerekli bo alan ve yksek hzdaki rzgarlara krsal

kesimde daha sk rastlanmasnn etkisi vardr. nsanlar binlerce yldr

medeniyetlerini su kaynaklarna gre ayarlam, besin temini, ulam ve nakliye iin

buralar tercih etmitir. Ak Denizrzgar tarlalar da byk yerleim merkezilerine

ya

açık deniz rüzgar enerjisi, fizibilite adımları ile bozcaada ve gökçeada Örnek Çalışması

Documents