Rüzgar Türbinlerinde Güç İletim Mekanizmalarının Tasarım Esasları-Dinamik Davranış

Abstract

Rüzgâr enerjisi; doğal, temiz ve yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre yatay ve düşey eksenli rüzgâr türbinleri olarak sınıflandırılmaktadır. Rüzgâr türbinlerinde, kanatların kinetik enerjisi güç iletim sistemleri aracılığıyla mekanik enerjiye dönüştürülüp jeneratörden elektrik enerjisi elde edilmektedir.Bu çalışmada; yatay eksenli üç kanatlı rüzgâr türbini mekanik güç iletim sisteminin tasarım esasları incelenmiştir. Yatay eksenli rüzgâr türbinlerinde, türbin elemanlarının temel dinamik davranışları için enerji dönüşümleri esas alınarak teorik yeni bir model oluşturulmuştur. Bu model ile tasarım parametreleri, çalışma parametreleri, kanat geometrik ve fiziksel büyüklükleri değerlendirilip moment (tork) eşitliklerinden faydalanılarak türbinin dinamik davranışı analiz edilmiştir. Rüzgar türbininin teorik modelinden boyutsuz moment ve güç eşitlikleri belirlenmiştir. Boyutsuz parametrelerin boyutlu karşılıkları belirlenip 2 MW güç kapasiteli bir rüzgar türbiniyle karşılaştırılarak bazı türbin temel büyüklükleri (kanat yarıçapı, çevrim oranı) belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca rüzgar gücünün ne oranda jeneratöre iletildiğini tahmin etmek amacıyla; türbin etkinlik katsayısı diye yeni boyutsuz parametreler tanımlanarak analizler gerçekleştirilmiştir.

Wind energy is a natural, clean and renewable energy source. Wind turbines are classified as horizontal axis and vertical axis wind turbines according to the axis of rotation. Kinetic energy in wind turbine blades is converted into mechanical energy through power transmission systems, and electrical energy is obtained from generator.In this study, the design principles of mechanical power transmission system and dynamic behaviour were analyzed in horizontal axis-three blades wind turbines. A new theoretical model was designed based on energy conversion for basic dynamic behaviour in the horizontal axis wind turbines. Dynamic behaviour of wind turbine is theoretically analyzed by evaluating design parameters, operating parameters, geometrical and physical sizes of the blade in accordance with torque equations. Dimensionless torque and power equations were determined by using this theoretical model. Dimensional equivalents of dimensionless parameters were compared to those of the 2 MW wind turbine power and some basic parameters of the wind turbine, such as blade radius and gear ratio were estimated. In addition, different dimensionless parameters so called as the coefficient of the turbine efficiency were defined in order to estimate the power transmitted to the generator and they were used for analyzing of the wind turbines.