Hesaplama araçları
Rüzgâr türbini hesaplayıcıları
Sahada ve masa başında en sık ihtiyaç duyduğum altı hesap. Hepsi tarayıcınızda çalışıyor — hiçbir veri sunucuya gitmiyor, kayıt istemiyor. Her aracın altına kullandığı formülü ve varsayımlarını da yazdım; çünkü sayının kendisi kadar nereden geldiği de önemli.
Kanat ucu hızı ve TSR
Kanat ucunun çizgisel hızı, hem gürültünün hem de ön kenar erozyonunun ana belirleyicisi. Karada gürültü sınırları yüzünden genelde 80 m/s civarında tutulur. Kanat ucu hız oranı (TSR, λ) ise ucun rüzgârdan kaç kat hızlı gittiğini söyler; üç kanatlı türbinlerde verimin tepe yaptığı bölge 7–9 arasıdır.
Varsayılan değerler Nordex N90/2500'e ait: 90 m rotor, anma devri 18,1 d/dk.
- Kanat ucu hızı
- —m/s
- Saatte
- —km/s
- TSR (λ)
- —
- Açısal hız
- —rad/s
ω = 2π · n / 60 · vuç = ω · D/2 · λ = vuç / vrüzgâr
n: dakikadaki devir, D: rotor çapı, ω: açısal hız. TSR birimsizdir.Rüzgârdaki güç ve türbin gücü
Rüzgâr hızı iki katına çıktığında güç sekiz katına çıkar. Bu tek cümle, rüzgâr enerjisinde saha seçiminin neden her şeyden önemli olduğunu açıklıyor. Aşağıda hava yoğunluğunu sıcaklık ve rakımdan hesaplıyorum; sıcak bir yaz gününde aynı rüzgârdan daha az güç aldığınızı burada görebilirsiniz.
İyi bir modern türbinde tepe Cp değeri 0,45–0,50 aralığındadır. Teorik üst sınır (Betz) 0,593'tür.
- Türbin gücü (Cp ile)
- —kW
- Rüzgârdaki toplam güç
- —kW
- Betz sınırı (%59,3)
- —kW
- Süpürme alanı
- —m²
- Güç yoğunluğu
- —W/m²
- Hava yoğunluğu
- —kg/m³
A = π·D²/4 · Prüzgâr = ½ · ρ · A · v³ · Ptürbin = Prüzgâr · Cp
ρ = p / (R · T) · p = 101325 · (1 − 2,25577·10⁻⁵ · h)5,25588
R = 287,05 J/(kg·K), T mutlak sıcaklık (K), h rakım (m). Standart koşulda (15 °C, deniz seviyesi) ρ = 1,225 kg/m³.Yükseklikle rüzgâr hızı düzeltmesi
Ölçüm direği 30 metrede, göbek 80 metrede. Aradaki farkı bilmeden üretim tahmini yapılamaz. Rüzgâr yerden yükseldikçe hızlanır; ne kadar hızlanacağını arazinin pürüzlülüğü belirler. Aşağıda hem üstel yasa (power law) hem de logaritmik yasa sonucunu birlikte veriyorum.
Seçim hem pürüzlülük uzunluğunu (z₀) hem de üstel yasa katsayısını (α) belirler.
- Hedef yükseklikte hız
- —m/s
- Logaritmik yasa ile
- —m/s
- Hız artışı
- —%
- Güçteki artış
- —%
Üstel yasa: v₂ = v₁ · (h₂ / h₁)α
Logaritmik yasa: v₂ = v₁ · ln(h₂/z₀) / ln(h₁/z₀)
Güç hızın küpüyle değiştiği için güçteki artış (v₂/v₁)³ − 1 kadardır. İki yasa aynı araziyi farklı yaklaştırır; sonuçların birbirine yakın çıkması iyi bir işarettir.Kapasite faktörü
Bir santralin gerçek performansını tek sayıya indiren ölçü. Türkiye'de karasal rüzgâr santrallerinde tipik değer %30–38 arasında; %40 üstü çok iyi bir saha demektir. Eşdeğer tam yük saati de aynı bilgiyi saat cinsinden söyler — sektörde ikisi de kullanılır.
- Kapasite faktörü
- —%
- Eşdeğer tam yük saati
- —saat
- Ortalama çıkış gücü
- —kW
- Teorik üst sınır üretim
- —MWh
KF = E / (P · t) · Eşdeğer tam yük saati = E / P
E üretilen enerji (MWh), P kurulu güç (MW), t dönem uzunluğu (saat). Kapasite faktörü erişilebilirlik ile karıştırılmamalıdır: türbin yıl boyu çalışsa bile rüzgâr her zaman anma hızında esmediği için kapasite faktörü hiçbir zaman %100'e yaklaşmaz.Yıllık üretim tahmini (Weibull)
Bir sahadaki rüzgârın yıl boyunca nasıl dağıldığı Weibull dağılımıyla modellenir. Ortalama hızı ve şekil parametresini girdiğinizde, bu dağılımı türbinin güç eğrisiyle çarpıp yıl boyunca toplayarak beklenen üretimi buluyorum. Gerçek bir fizibilite raporunun yerini tutmaz ama büyüklük mertebesini doğru verir.
k = 2 (Rayleigh) çoğu kara sahası için makul varsayımdır. Rüzgârı düzenli sahalarda 2,5–3'e çıkar.
İz etkisi, elektriksel kayıp, duruşlar ve erişilebilirlik birlikte tipik olarak %10–15 arasındadır.
- Yıllık net üretim
- —MWh
- Kayıpsız brüt üretim
- —MWh
- Kapasite faktörü
- —%
- Eşdeğer tam yük saati
- —saat
- Weibull ölçek param. c
- —m/s
- Yaklaşık hane sayısı
- —hane
Üretimin rüzgâr hızlarına dağılımı
f(v) = (k/c)·(v/c)k−1·e−(v/c)k · c = v̄ / Γ(1 + 1/k)
AEP = 8760 · Σ f(v)·P(v)·Δv · (1 − kayıp)
Hesap 0–30 m/s aralığında 0,25 m/s adımlarla yapılır. Hane sayısı, 3.000 kWh/yıl ortalama konut tüketimi kabulüyle bulunmuştur; sadece büyüklük fikri vermek içindir.Bu bir fizibilite raporu değildir. Gerçek bir proje kararı; en az bir yıllık saha ölçümü, türbin yerleşimine göre iz etkisi modellemesi, arazi ve engebe analizi ve belirsizlik hesabı gerektirir. Buradaki sonuç ilk büyüklük tahmini olarak kullanılmalıdır.
Cıvata sıkma torku
Kule flanşlarında, kanat kökünde ve yaw yatağında yüzlerce cıvata var ve hepsinin işi aynı: yeterli ön yüklemeyi tutmak. Torkun kendisi amaç değil, ön yüklemeye ulaşmanın dolaylı yolu — üstelik oldukça kaba bir yol, çünkü uygulanan torkun büyük kısmı sürtünmeye gider. Bu araç, sürtünmenin sonucu ne kadar değiştirdiğini görmek için iyi bir alıştırma.
Tork ile sıkmada yaygın hedef %70'tir. Hidrolik gerdirmede %75–90'a çıkılabilir.
- Yaklaşık sıkma torku
- —Nm
- Hedef ön yükleme
- —kN
- Gerilme kesit alanı
- —mm²
- Akma sınırı
- —MPa
- Kopma yükü (yaklaşık)
- —kN
- Kuru sıkılsaydı tork
- —Nm
F = (%hedef) · As · Rp0,2 · T = K · d · F
As gerilme kesit alanı (ISO 898-1 kaba diş), Rp0,2 sınıfın akma sınırı (8.8 için d ≤ 16 mm'de 640, d > 16 mm'de 660 MPa; 10.9 için 940; 12.9 için 1100 MPa), d cıvatanın anma çapı, K sürtünme katsayısı.Sahada geçerli olan tek değer, üreticinin servis dokümanındaki tork değeridir. Buradaki hesap bir yaklaşımdır: gerçek sürtünme katsayısı yüzey kaplamasına, yağın türüne, somun altı pul durumuna ve hatta havanın sıcaklığına göre değişir; bu yüzden aynı torkla elde edilen ön yükleme ±%25 saçılabilir. Kritik bağlantılarda tork değil, hidrolik gerdirme veya cıvata boyu ölçümü tercih edilir. Bu aracı kontrol ve eğitim amacıyla kullanın, üretici değerinin yerine koymayın.
Hesaplar hakkında
Rüzgârdaki güç neden hızın küpüyle artıyor?
Betz sınırı aşılabilir mi?
Kapasite faktörü ile erişilebilirlik aynı şey mi?
Weibull k parametresini nereden bileceğim?
Hesaplarda girdiğim değerler bir yere kaydediliyor mu?
Bunlara da bakın
İletişim
Saha projeleri, servis ve danışmanlık için ulaşın
[email protected]