elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Yüksek Rüzgar Hızlarında Çalışma Sistemi |
Siemens Rüzgar Türbinleri

Rüzgar türbinlerinin tasarımı aşamasında enerji üretimi ve türbin üzerindeki yüklenmeler değerlendirilerek bir çalışma aralığı belirlenir. Bu yazımızda yüksek hızlardaki bu durumun türbinlere ve üretime etkilerinin neler olduğu ve önüne geçmek için geliştirilen “Yüksek Hızlarda Çalışma Sistemi”nden bahsedeceğiz.



A- A+
29.09.2016 tarihli yazı 3630 kez okunmuştur.
Genellikle 3 m/sn civarındaki rüzgar hızlarında çalışmaya başlayan büyük ölçekli türbinler marka ve modeline göre değişmekle beraber 20-25 m/sn aralığına kadar çalışmasını sürdürür. Özellikle yüksek hızların olduğu dönemlerde devreden çıkan türbinler üretim üzerinde çeşitli kayıplara neden olmakla birlikte şebeke üzerinde de olumsuz etkilere yol açabilir.
 

Türbinlerin Kontrol Sistemleri


Türbinlerin çalışma aralığı genelde 600 saniyelik (10 dakika) ortalamalar üzerinden değerlendirilir. Çoğu büyük ölçekli türbin için geçerli olan 3-25 m/sn aralığı da yine 600 sn.lik ortalamaları ifade eder. Ancak operasyon sırasında rüzgar hızlarında ya da türbinin algıladığı şekliyle tork ya da rotorun dönüş ivmesinde daha kısa zaman aralıklarında değişimler gözlenir ve türbinlerin bu değişimlere de tepki verebilmesi beklenir. Yani kontrol sistemleriyle türbinler 600 sn.nin yanında aslında 1 ve 30 sn içerisindeki farklı rüzgar koşullarına da tepki verebilir. Bu zaman aralıklarında enerji üretimini arttırmak ya da olası aşırı yüklenmeleri engelleyebilmek için türbin kanat açılarını ve rotor dönüş hızını değiştirir.


 

Üretim Kayıpları


600 sn.lik ortalamaya göre rüzgar hızının 25 m/sn’nin üzerine çıktığı durumlarda türbinler kendilerini kapatır ve tekrar devreye girmeleri için hızın belli bir seviyeye gerilemesi gerekir. Türbinin tekrar devreye girdiği bu hız (re-cut in) yine marka ve modele göre değişiklik gösterir ve genellikle 18-22 m/sn arasında değişir. Rüzgar hızının bu seviyelere düşmesi beklenirken türbinler üretim yapamaz. Türbinin çalışma aralığında bulunmasına rağmen üretim yapılamamasından oluşan bu kayıplara gecikme (histerezis) kayıpları denir. Rüzgar hızlarının devreye girme hızlarına düşen zamanın ne kadar sürdüğüne göre kayıplar artıp azalabilir. Rüzgar hızının düşmeyip yükseldiği durumlarda da 25 m/sn.nin üzerindeki hızlarda da rüzgardaki kinetik enerjiden faydalanılamaz. Özellikle IEC I ve II sınıflarında, sahadaki weibull k parametresinin düşük olduğu ya da diğer bir deyişle yüksek hızların görülme sıklığının fazla olduğu sahalarda bu tip kayıplar artar. Yatırım aşamasındaki fizibilite çalışmaları için yapılan rüzgar analizlerinde de bu kayıpların saha özelinde hesaplanarak değerlendirilmesi gereklidir.

Sahanın bir bölümü ya da tamamında anma gücünde çalışırken duran türbinler gün öncesi tahminlerin tutturulamamasıyla ya da şebeke stabilitesi üzerindeki olumsuz etkileriyle yatırımcıları ilave cezai yükümlülükler altında bırakabilir.
 

 

Yüksek Hızlarda Çalışma Sistemi / High Wind Ride Through (HWRT®)


Rotor dönüş hızı türbin üzerindeki mekanik yükleri etkiler yani rotor dönüşü yavaşlatılarak türbin üzerindeki yükler azaltılabilir. Rüzgardaki hız değişimleri (diğer bir ifadeyle türbülansla) ile artan yükler, rotor hızının düzenlenmesiyle kontrol edilebilir. HWRT® sistemi aktif hale geldiğinde de rotor ivmelenmelerine göre mevcut dönüş hızı yavaşlatılarak türbin üzerindeki yükler türbinin kapanmasına gerek kalmadan dengelenir.
Şekil 1: HWRT® sistemi diyagramı 
 
Rotor hızının yanında HWRT® sistemi türbin açılarını da izleyerek çıkış gücünü düzenler. Yüksek hız ve türbin için tehlikeli olabilecek türbülans durumunda çıkış gücünü azaltan bir algoritmayı devreye sokar.



Şekil 2: Standart güç eğrisi üzerinde türbin S2 hızına geldiğinde kendini kapatır. Tekrar devreye girme hızı olan S1'de çalışmaya başlar. Arada üretilemeyen elektrik gecikme kaybı olarak değerlendirilir. Eğride P1 değeri sıfırı, P2'de anma gücünü belirtir.





Şekil 3: S1 hızında devreye giren HWRT® sistemi türbin standart kapanma hızına gelmeden hemen önce S4 noktasında kanat açılarını düzenleyerek anma gücünü düşmeye başlar. Daha yüksek hızlara çıkılırken yumuşak bir geçiş sağlayan bu düşme S3 hızına kadar kademeli olarak devam eder. S3'ün üzerine çıkan hızlarda türbinin tekrar devreye girmesi S1'in üzerindeki hızlarda gerçekleşerek gecikme kayıplarını daha da azaltılmasına yardımcı olur. 
[1]
 
HWRT® sistemi türbin üzerindeki yüklenmeyi engelleyecek ve yüksek hızların olumsuz etkilerini ortadan kaldırmaya yönelik tasarlanmıştır. Ayrıca sahadaki rüzgar koşullarına bağlı olarak üretim kayıplarını azaltır, ani duruş ve kalkışların önüne geçilerek şebeke kararlılığının sürdürülmesine yardımcı olur.
 


[1] SWT-3.2-113 modelini örnek olarak alırsak 600 sn.lik ortalamada 32 m/sn.ye kadar türbinler çalışabilir. 1 ve 30 sn.lik ortalamalarda bu hız değerleri çok daha yüksektir. Bu hızlar sahadaki akış koşullarına ve türbin tiplerine gore farklılık gösterebilir. 

Yazar: Aytek Ay
Yüksek Makine Mühendisi
Siemens Rüzgar Enerjisi Bölümü - Rüzgar Analiz Mühendisi 


ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar