UZMAN ENERJİ


34m, 50m, 60m, 70m, 85m Tubular ve Kafes tipi

Akredite Rüzgar Ölçüm İstasyonları

teklif almak için lütfen iletişime geçiniz


 

RÜGES 2009 II. Rüzgar Enerjisi Sempozyumu, 04-05 Haziran 2009, Samsun

Program için tıklayınız

 

Rüzgar Ölçüm İstasyonlarında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar ve Örnek Bir Çalışma: Balıkesir-Edremit’te Rüzgar Ölçüm İstasyonu Kurulumu

Erdal BAĞCI*, Yavuz GÜZELSOY**

Uzman Enerji - Yenilenebilir Enerji ve Enerji Verimliliği Çözümleri

T. Hacı Mehmet Mah. Selami Ali Efendi Cad. No:23/13 Üsküdar-İstanbul

Tel:+90216 4924878

*E-mail: bagci@uzmanenerji.com

**E-mail: guzelsoy@uzmanenerji.com

ÖZET

 

    Bir bölgenin rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenebilmesi için rüzgar hız ve yön değerlerinin ayrıca sıcaklık ve nemin ölçülmesi gerekmektedir. Enerji üretimi amaçlı yapılan rüzgar potansiyeli ölçümleri çok hassas ve dikkat gerektirmektedir. Ölçümlerde çok ufak farklar yatırımın ekonomikliğini ve planlamasını olumsuz etkilemektedir. Bir bölgenin enerji amaçlı rüzgar potansiyelinin belirlenebilmesi için rüzgar ölçüm istasyonlarının kurulması gerekmektedir. Bu çalışmada rüzgar ölçüm istasyonları ve bu konudaki standartlar hakkında bilgiler verilmiştir. Rüzgar ölçüm istasyonu kurulumu, ölçüm cihazlarının seçimi ve montajı ile rüzgar hız ve yön değerlerinin ölçülmesi kapsamı hakkında bilgiler içermektedir.  . Ayrıca Balıkesir Edremit yöresinde kurulmuş olan rüzgar ölçüm istasyonu, kurulumu ve uluslararası standartlara uygun olarak yapılan ölçümler hakkında bilgiler aktarılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Rüzgar Enerjisi, Rüzgar Ölçüm İstasyonu

1. Giriş 

      Enerji, toplumsal gelişmenin ve ekonomik kalkınmanın en önemli unsurlarından biridir. Enerji tüketimi gelişmişliğin ölçülerinden biri olarak kabul edilmektedir. Sanayi ve teknolojideki hızlı gelişmeler enerji ihtiyacını her geçen yıl arttırmaktadır. Enerji ihtiyacını karşılamak için enerji üretim santralleri kurulması gerekir. Fakat fosil kökenli yakıtların azalması ve bu yakıtların kullanımı sonucunda doğaya salınan emisyon gazları dünyamıza uzun vadede zarar vermektedir. Bu sebeple günümüzde enerji talebinin verimli, güvenilir, ekonomik, devamlı ve çevreye duyarlı olarak karşılanması en büyük hedefler arasına girmiştir. Bu hedefler doğrultusunda tüm dünya temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına doğru yönelmeye başlamıştır.  Temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarından biri rüzgar enerjisidir. Rüzgar enerjisi, güneş radyasyonunun yer yüzeylerini farklı ısıtmasından kaynaklanır. Yer yüzeylerinin farklı ısınması, havanın sıcaklığının, neminin ve basıncının farklı olmasına, bu farklı basınç da havanın hareketine neden olur. Güneş ışınları olduğu sürece rüzgar olacaktır. Rüzgar güneş enerjisinin bir dolaylı ürünüdür. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık % 2 kadarı rüzgar enerjisine çevrilir. Dünya yüzeyi düzensiz bir şekilde ısınır ve soğur, bunun sonucu atmosferik basınç alanları oluşur, yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına hava akışı yapar. Bunun için rüzgar enerjisine güneş enerjisinin kinetik enerjiye dönüşmüş şekli diyebiliriz. Günümüzün enerji ihtiyacına en uygun çözümlerden biri olan rüzgar enerjisi kullanımının yaygınlaşması kaçınılmazdır.

      Bir bölgenin rüzgâr enerjisi potansiyelini belirleyebilmek için o bölgede rüzgarın hız ve yön değerlerinin ayrıcada sıcaklık ve nem değerlerinin ölçülmesi gerekmektedir. Mühendislik yönünden bu ölçümlerin son derece hassas olması gerekmektedir. Ölçümlerde yapılan küçük hatalar yatırımın ekonomikliğini ve planlanmasını olumsuz bir şekilde etkiler. Bu ölçümlerin bir yıl boyunca yapıldığı düşünülürse çok küçük veri kayıpları büyük sorunlara yol açabilir. Ölçüm yapacak cihazların ölçüm direğine doğru yerleştirilmesi ve kalibrasyonlarının düzgün yapılması hata oranını fark edilebilir derecede düşürür. Aksi takdirde bu cihazlar doğru ölçüm yapamadığı için rüzgar enerjisi potansiyeli hesapları gerçek değerlerinden çok farklı olur. Bu nedenle rüzgar enerjisi potansiyeli için yapılan ölçümlerin uluslar arası standartlara uygun olması çok önemlidir.

      Rüzgar enerji santralinin projelendirilmesi proje sahasında üretilebilecek enerji miktarına bağlıdır. Bu miktarın tespiti için proje sahasının topografik yapısı göz önüne alınarak uygun yerlere ölçüm istasyonları kurulmalıdır.  Ölçüm istasyonunda ölçüm direğine yerleştirilmiş olan ölçüm cihazlarından alınan veriler ileriki aşamalar olan verilerin değerlendirilmesi, enerji üretim miktarının belirlenmesi ve uygun türbinin seçilmesi için referans değerler olacaktır.

     Bu çalışmada, rüzgar ölçüm istasyonlarında kullanılan standartlar, rüzgar ölçümlerinde dikkat edilmesi gereken hususlar, ölçüm cihazlarının seçilme ve direğe yerleştirilmesi hususunda bilgiler verilecektir.

2. Rüzgâr Ölçüm İstasyonu

      Enerji üretimi maksadıyla rüzgâr ölçümlerinin yapılabilmesi için rüzgar ölçüm istasyonlarının kurulması gerekmektedir. Bu istasyonlar bir ölçüm direğine belli kurallarla yerleştirilmiş ölçüm sensörleri ve veri toplayıcıdan oluşur (Şekil 1). Rüzgar ölçüm istasyonlarında sağlıklı ölçüm yapılabilmesi için rüzgar hızı ve yönü, sıcaklık, nem ve basınç gibi değerlerin ölçülmesi gerekir.

      Rüzgâr enerji potansiyeli ölçümleri için ölçme yüksekliği en az 30 m olmalıdır. Kaliteli bir ölçüm yapılabilmesi için türbinin göbek yüksekliğinin üçte ikisi yüksekliğinde yapılacak ölçümler yeterli olacaktır. Yinede daha kesin sonuçlar alınmak isteniyorsa  kurulmak istenen türbinin göbek ekseni yüksekliğinde en az bir yıl periyodik olarak ölçüm yapılmalıdır. Ayrıca ölçüm yapılacak arazinin topoğrafik yapısı ölçüm yüksekliğini etkilemektedir.

Sekil 1. Rüzgar Ölçüm Istasyonu

      Rüzgâr ölçümlerinde kullanılan en önemli sensörler anemometre ve yön sensörleridir. Rüzgâr hızı ve yönünün haricinde ölçülebilecek bazı meteorolojik parametreler de faydalı olacaktır.       

     Rüzgâr enerjisi hesaplamalarında kullanılan hava yoğunluğu değerinin hesaplanması için havanın sıcaklığı nemi ve basıncın ölçülmesi gerekir.

     Rüzgar ölçüm istasyonlarında ölçülen meteorolojik parametrelerin ölçüm yüksekliği de önem taşımaktadır. Tablo 1.’de 30 m yüksekliğine sahip bir rüzgar ölçüm istasyonunda ölçülen parametreler ve ölçüm yüksekliği hakkında bilgiler verilmiştir 1.

 

Tablo 1. 30 m.’lik Ölçüm Direginde Ölçülen Parametreler ve Ölçüm Yüksekligi

Ölçüm Yüksekliği

(m.)

Ölçülen Parametreler

2

Çevre Sıcaklığı

Basınç

10

Rüzgar Hızı

20

Rüzgar Hızı

30

Rüzgar Hızı

Rüzgar Yönü

2.1 Ölçüm Cihazları

     Anemometreler, rüzgar hızının ölçümünde kullanılan cihazlardır. Kupalı, pervaneli, ultrasonik, telli ve lazer anemometre çeşitleri mevcuttur. Rüzgar hız ölçümlerinde genellikle kupalı anemometreler kullanılır. Kupalı anemometreler dikey eksenlidir ve rüzgarı yakalamak için 3 tane kupası vardır (Şekil 2). Kupaların dakikadaki dönme sayıları elektronik olarak kaydedilerek ölçüm yapılır. Kupalı anemometrelerin soğuk iklim şartları için elektriksel olarak ısıtılan özel şaftlı modelleri de mevcuttur (Şekil 3).

Şekil 2. Kupalı anemometre

Şekil 3. Isıtıcılı anemometre

Enerji maksatlı rüzgar ölçümlerinde kaliteli ve iyi kalibre edilmiş anemometrelerin kullanılması gerekir. Kalibre edilmemiş ya da kötü kalibre edilmiş anemometrelerde %5 hatta % 10 civarında hata oluşabilir. Eğer bir rüzgar enerji santrali kurulması planlanıyorsa ve rüzgar hız ölçümleri %10’luk bir hata içeriyorsa gerçek rüzgar hızından 1,13–1=%33 daha fazla değer ölçülür. Farklı bir türbinin merkezi yüksekliği için ölçüler yeniden hesaplanırsa (örneğin, 10 m den 50 m ye kadar) ve hatta 1,3 olan hata faktörü ile çarpılırsa enerji hesaplarının sonunda %75 lik bir hata oluşur 2. Bu nedenle enerji amaçlı rüzgar hızı ölçümlerinde; bağımsız ve akredite olmuş bir kuruluş tarafından rüzgar tünelinde yapılan kalibrasyon sertifikasına sahip anemometreler kullanılmalıdır. Rüzgar enerji ölçümleri için kesinlikle hız ve yönün ayni düzenekte olduğu kombine sistemler kullanılmamalıdır (Şekil 4). Bu sistemlerde rüzgar hızı gölgelenebilmektedir. Yön sensörünün anemometreye yakin olması ölçüm kalitesini bozmaktadır.  

Şekil 4. Kombine sensör sistemi

      Kullanılacak anemometrenin gövdesi keskin hatlara sahip olmamalı, küçük ve simetrik hatlara sahip olmalıdır. Aksi taktirde anemometre gövdesine gelen rüzgar, türbülans oluşturarak ölçüm sonuçlarının hatalı olmasına yol açacaktır. Kupaları ana gövdeye bağlayan bilyeli yataklar mekanik sürtünmeyi en aza indirebilecek şekilde yüksek kalitede olmalıdır. Kullanılacak anemometreler kesinlikle kalibrasyonlu olmalı ve bu kalibrasyon değerleri verileri toplayan cihaza tanıtılmalıdır (Data logger) 2.

      Rüzgar esme yönünün belirlenmesinde yön sensörleri kullanılmaktadır. Son yıllarda, rüzgar yönünü belirlemede potansiyometrik (yönden bağımsız) sensörlerin kullanımı gittikçe artmaktadır (Sekil 5) 3.Yön sensörü seçiminde kalibrasyon sertifikasına sahip olanlar tercih edilmelidir.

Şekil 5. Yön Sensörü

Şekil 6. Veri Kaydedici

Veri kaydedici (Şekil 6); anemometre, yön sensörü ve rüzgara ait çeşitli özellikleri ölçen ekipmanlardan gelen verileri depolayan cihazdır. Veri kaydediciler verileri, üzerlerinde bulunan data chiplerinde depolarlar.

Şekil 7. GSM modül

     

     GSM modül (Şekil 6); veri kaydedicilerle kablosuz bağlantı kurup kaydedilen dataların indirilmesini ve kontrol edilmesini sağlayan cihazdır. GSM modül bulunmasının en büyük avantajlarından biri sensörlerin bozulmasından kaynaklanan veri kaybının erkenden anlaşılıp gerekli müdahalenin yapılarak veri kaybını en aza indirme olanağı sunmasıdır.

 

2.2 İstasyon Yeri Seçimi ve Kurulumu

 

     Rüzgar ölçüm istasyonlarının kurulacağı yerlerin belirlenmesi oldukça önemlidir. İstasyonun kurulacağı yer bölgeyi temsil etmelidir. Ölçüm direğinin çevredeki engellerle olan mesafesi engele yüksekliğinin 10 katından az olmamalıdır. Çünkü bir nesnenin ölçüm direğine olan uzaklığı, yüksekliğinin 10 kati kadar mesafe içinde ise, bu nesne yakin çevresel engel olarak tanımlanır. Daha uzak mesafelerdeki nesneler engel sınıfına girmez ve arazi pürüzlülüğü olarak değerlendirilir 4.Tepe arkalarında yer seçimi tercih edilmemelidir. Aksi takdirde oluşacak türbülans nedeniyle ölçülecek rüzgar hızı gerçek değerinden çok farklı olabilmektedir. Rüzgar ölçüm istasyonunun kurulacağı yerlerde rüzgar akısının daima laminer olması ölçüm sonuçlarını daha gerçekçi yapacaktır. Ayrıca rüzgar ölçüm istasyonunun kurulacağı noktalara ait 1/25 000 ölçekli harita üzerinde UTM (Universal Transfer Mercator) ve coğrafi koordinatları ile deniz seviyesinden olan yükseltisi, uzman elemanlar tarafından tespit edilmelidir 1.

      Rüzgar ölçüm istasyonundaki ölçüm aletleri tamamen doğal atmosferik şartlarda çalıştığından kapalı yerlerde çalışan diğer aletlere göre ömürleri daha kısadır. Paslanma, korozyon, çürüme, aşınma, buzlanma gibi etkenler yüzünden cihazların ölçüm değerleri normalden hızla uzaklaşır. Bu sebeple, rüzgar ölçüm aletleri ve kayıt sistemleri ile elektrik devreleri sık sık kontrol edilmeli, bakımları standartlara uygun zamanlarda mutlaka yapılmalıdır.

Tablo 2. Rüzgar Ölçümlerinde Muhtemel Hata Oranlari ve Üretime Etkisi [4].

Hata kaynağı

Hata Oranı %

Anemometre kalibrasyonu

0.5 – 3

Anemometre seçimi

0.5 – 4

Anemometre montajı

0.2 - 3

Arazideki ölçüm yeri

0.5 - 5

Ölçüm periyodu

0.3 - 3

Veri değerlendirme

0.1 – 0.5

Korelasyon

 

0.5 - 5

Toplam hata

 

2.6 - 20

Enerji üretimi

 

3 - 25

 

Tablo 2’de görüldüğü gibi, rüzgar ölçümleri üzerinde birçok parametrelerin etkisi görülmektedir. Ancak rüzgar ölçüm yeri ve kurulumunun ile ölçüm cihazlarının standartlara uygun kalitede seçimi bu hata miktarlarını asgari bir seviyeye indirilmesini mümkün kılmaktadır. Ayrıca bir rüzgar ölçüm istasyonu kurulurken aşağıda sıralanan unsurlar da göz önüne alınmalıdır 1.

 

•  İstasyon, rüzgar profilini değiştirecek engellerden uzak yerlere kurulmalıdır.
• Ölçüm sensörlerı kuzey – güney doğrultuda olacak şekilde yatay olarak direğe monte edilmelidir.
•  İstasyon, ölçüm yüksekliğine bağlı olarak direk tipi (iç içe geçmeli boru veya demir üçgen, dörtgen profil) seklinde projelendirilmelidir.
• Ölçüm direğinin yüksek rüzgar hızlarında devrilmesini önleyecek bir bağlantı türü ile toprağa yerleştirilmelidir. Bu amaçla çelik teller kullanılması tavsiye edilmektedir.
• Ölçüm yüksekliği en az 30 m olmalıdır. Arazinin topografik yapısına göre bu yükseklik artırılabilir.
• Sistemin uçuşlara engel olmaması için direk üzerine yanıp sönen kırmızı flaşör lamba ve paratoner tesisatı projelendirilmelidir.
• Direk üzerine monte edilecek sistemlerin periyodik bakim, onarım ve kalibrasyonları için direklerin yatırılabilir olması sağlanmalıdır.
• Sensörlerin yerlerine uygun bir şekilde monte edilip edilemediği kontrol edilmelidir.
• Ölçüm direği üzerinde en az 2 adet anemometre kullanılmalıdır. Eğer 30 m yüksekliğinde direk kullanılıyorsa, 10 m ve 30 m de monte edilecek biçimde en az 2 adet anemometre yerleştirilmelidir.
• Ölçüm aletlerinin kabloları direk üzerine bağlanmalı, hiçbir kablo sarkık durumda olmamalıdır.
• Ölçüm direğinin en üstüne yerleştirilecek anemometre, direk ekseni üzerinde ve direğin üst seviyesinden yaklaşık 1m yukarıya bütün yönlerde engellerden arındırılmış olarak monte edilmelidir.
• Sensörler, yan kol üzerinde ölçüm direğine paralel olarak uzanan en az 30 cm uzunluğundaki bir çubuğun üzerine monte edilmelidir.
• Ara ölçüm aletlerini ölçüm direğine bağlayabilmek için yan kol kullanılmalıdır. Bu yan kolların taşıdığı ölçü aletlerinin ölçüm direğine olan uzaklığı, ölçüm direğinin çapının en az 7 katı kadar olmalıdır. Uygulamalarda genellikle 1m olarak alınmaktadır. Bu yan kollar hâkim rüzgar yönüne doğru monte edilmelidir.
• Yön sensörü 30 m de ve yan kol üzerinde monte edilmelidir. Eğer en üst noktadaki anemometre ile ayni seviyede monte edilecekse, anemometre ile aralarında 2 m mesafe bulunmalıdır.
• Yıldırım çubuğu anemometreden en az 50 cm mesafede olmalı ve vibrasyondan etkilenmemelidir. Anemometrenin üzerinde bir yüksekliğe sahip olmalıdır ve direk düşey ekseni ile 60º açı yapmalıdır.
• Sıcaklık, basınç ve nem sensörleri 3 m civarında monte edilmelidir.
• Montajı bitmiş bir ölçüm direği yer düzlemine dik konumda olmalı ve ölçüm aletlerinin hepsi tek bir direk üzerine monte edilmelidir.
• Ayni tip ve marka ölçüm aletlerinin kalibrasyon eğrileri birbirinden tamamen farklı olup biri diğerinin yerine kullanılamaz. Bu nedenle ölçüm direği üzerine monte edilmiş ölçüm sensörleri ölçüm süresince değiştirilmemelidir.

 

2.3 Hız ve Yön Değerlerinin Ölçülmesi

 

Rüzgar ölçüm istasyonlarından alınan en az 12 aylık rüzgar hızı, yönü ve ortam hava sıcaklığı ölçüm değerleri bir veri toplayıcıya (datalogger) iletilir. Ölçüm aletlerinde üretilen sinyal voltajı kablolar yardımıyla veri toplayıcıda işlenerek ölçüm değerleri depolanır. Depolanan veriler bilgisayar ortamına aktarılıp değerlendirilir. Anemometre ve yön sensörleri, ölçüm değerlerini her 10 saniyede bir okuyarak sonuçları 10 dakikalık ortalamalar olarak veri toplayıcıya kaydederler.

3. Örnek Bir Çalışma: Edremit Rüzgar Ölçüm İstasyonu

Balıkesir ili Edremit ilçesinde enerji amaçlı rüzgar potansiyelinin belirlenebilmesi için, rüzgar ölçüm istasyonu kurulması amacıyla en uygun yer seçimi çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla, rüzgar ölçüm istasyonu için 690 m rakımlı Kocadağ mevkii, en uygun yer olarak belirlenmiştir. Temmuz 2007 tarihinde belirtilen yerde rüzgar ölçüm istasyonu kurularak ölçüm çalışmalarına başlanmıştır(Şekil8).

               Şekil 8. Kocadağ Rüzgar Ölçüm İstasyonu

    Rüzgar ölçüm istasyonunda; 30 m’lik yükseklikte; hız ve rüzgar yön sensörleri, 10 m’lik yükseklikte hiz sensörü ile 3 m’lik yükseklikte ise sıcaklık sensörü bulunmaktadır. Belirtilen tarihten itibaren rüzgar ölçüm değerleri düzenli olarak alınıp incelenerek kaydedilmektedir. Kocadağ rüzgar ölçüm istasyonunda, 1 yıllık ortalama rüzgar verileri Tablo 3’de sunulmuştur. Burada V1m, 30m. deki ortalama rüzgar hızını (m/s), V2m 10 m. deki ortalama rüzgar hizini (m/s) ve Tm ise ortalama sicaklik (°C) degerlerini ifade etmektedir.


 

Aylar

V1m

V2m

Tm

1

7.85

5.9

10

2

8.76

6

12

3

8.32

5.5

24.3

4

6.46

4

26.2

5

6.62

4.5

30.4

6

7.64

4

30

7

6.94

5.3

26.4

8

8.28

4.5

25.3

9

6.77

4.8

17

10

6.31

4.6

14

11

6.76

5.2

11

12

6.41

5.9

9

Ortalama

7.26

5.02

19.633333

Tablo 3. Ortalama Veriler

4. Sonuç

 

Bir bölgenin enerji üretimi maksadıyla rüzgar potansiyelinin belirlenebilmesi için, rüzgar hızı ve yön değerlerinin ve ilaveten sıcaklık nem ve basınç değerlerinin ölçülmesi gerekmektedir. Enerji üretim amaçlı yapılan rüzgar potansiyeli ölçümleri için kurulan rüzgar ölçüm istasyonlarında kullanılan standartlar diğer rüzgar ölçüm sistemlerinden oldukça farklı ve dikkat gereklidir. Rüzgar hızı ölçümlerinde yapılabilecek ufak bir hata, bölgenin rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesindeki doğruluğu olumsuz yönde etkileyecektir. Sonuçta enerji üretim miktarının belirlenmesinde ve kullanılacak türbin tipinin seçiminde çok önemli planlama hataları oluşabilecektir. Bu nedenle kurulacak bir rüzgar ölçüm istasyonunun bu makalede belirtilen standartlara uygun olması gerekmektedir. Projenin kredi aşamasında ki konumunda da yine ölçümlerin uzman kişiler tarafından yapılıp yapılmadığına bakılmaktadır. Örnek uygulama projemizle de gösterdiğimiz şekilde kurulacak istasyonlar enerji yatırımları için anahtar konumdadır. Yanlış ölçümlerle yapılmış projelerle üretilecek düşük enerji miktarı ülkemizin enerji açığının büyüdüğü şu günlerde asla kabul edilebilecek bir durum değildir.

 

5. Kaynaklar

 

1.      Çalışkan, M., Rüzgar Enerjisi Gözlem İstasyonları, http://eie.gov.tr

2.      http://www.windpower.org/

3.     Özgür, M. A. Kütahya’da Seçilen Bir Konumda Rüzgar Verileriyle Elektrik Enerjisi Üretim Potansiyelinin Bulunması, Y. L. Tezi, Dumlupınar Ün. Fen Bilimleri Enst. 2002, Afyon

4.      Çalışkan, M., Rüzgar Enerjisi Potansiyelinin Belirlenmesi, 12-13 Ekim 2001,Kayseri