Rüzgar Sistemlerinin Konumlandırılması

Amerika Rüzgar Enerji Birliği (AWEA)’nin 2008’de yayınladığı raporunda [72] tek bir türbinin konumlandırılması ya da büyük ölçekli rüzgar sistemlerinin konumlandırılmasını beş temel aşamada incelemiştir. Bunlar aşağıda sırasıyla incelenmiştir.

3.1.1 Coğrafi Alanın Saptanması

Rüzgar atlası ya da toplanan rüzgar verilerinin analizi sonucunda ortalama rüzgar hızı yüksek olan bölgelerin belirlenmesi konumlandırmanın ilk adımıdır. Şekil 3.1’de görülen rüzgar haritası en çok rüzgar alan bölgelerin belirlenebilmesi için kullanılır. Renkler bölgedeki rüzgar hızına işaret eder: kırmızı renk en yüksek ortalama rüzgar hızını mavi renk ise en düşük ortalama rüzgar hızını gösterir.

Şekil 3.1: Rüzgar atlası örneği

Bir alanın rüzgar potansiyelinin belirlenebilmesi için geniş bir yelpaze seçeneği vardır. Sağduyu iyi bir başlangıç noktasıdır, doğanın kendisi uygun alanları göstermede rehberlik edebilir; örneğin ağaçların belirli bir yöne doğru eğilmiş olmaları rüzgarın sıklıkla o yönden kuvvetli estiğini gösterir. Fakat bu tek başına yeterli değildir. Belirli bir alan için gerekli ölçüm direklerinin sayısı arazinin karmaşıklığına ve projenin büyüklüğüne bağlıdır. Ölçüm yapılacak yükseklik gelecekte dikilmesi beklenen türbinin hub yüksekliğinin en az 2/3’ü yüksekliğinde olmalıdır. Daha yüksekten yapılacak ölçüm belirsizliği azaltacak ve arazinin enerji tahminini iyileştirecektir. Ölçüm süresi mevsimsel önyargıları önlemek için en az bir yıl veya daha fazla olması gerekir [12].

3.1.2 Olası Bölgelerin Seçimi

İlk aşamada belirlenen alanlardaki rüzgarlı bölgelerin türbinlerin kurulum ve yerleştirilmesinin uygunluğu bu aşamada belirlenir. Hem mühendislik açısından ve hem de kamuoyu tarafından kabullenilmesi bakımından bu aşama coğrafik, sosyal ve kültürel öğeleri de kapsar. Topografik kısıtlar, ekolojik gözlemler ve rüzgar kaynağının bilgisayarla modellenmesi bu aşamada yapılır.

3.1.3 Olası Bölgelerin Ön Değerlendirilmesi

Bu aşamada, her bir potansiyel aday bölge ekonomik imkanlara göre sıralanır. Daha sonra aralarındaki en uygun bölgeler çevresel etmen, kamuoyu desteği, güvenlik ve rüzgar türbini bölgesinin uygunluğunu olumsuz etkileyebilecek her türlü operasyonel problemler göz önüne alınarak incelenir.

Bölgenin uygunluğunu olumsuz yönde etkileyecek problemler aşağıdaki gibi sıralanabilir;

 Ekonomik Sorunlar: Ulaşım hakkı maliyeti, enerji üretim maliyeti, yerel vergiler ve trafo merkezi maliyeti gibi

 Topografik Sorunlar: Bölgenin aşırı eğimli olması ve coğrafyanın yol yapımını zorlaması

 İzinler Sorunu: Her ülkenin kendi mevzuatına göre değişen ama genellikle devletten alınması gereken birçok izin vardır.

 Coğrafik Sorunlar: Türbin temelinin tasarımını zora sokacak toprak/kaya yapısı, erozyon olasılığı, fay hattına yakınlık gibi

 Çevresel Sorunlar: Çevre açısından korunması gereken bölgeler, kuş göç yollarının üzerinde olması ve nesli tükenmekte olan canlıların yaşadığı bölgeler gibi

 Kamuoyu Desteği Sorunu: Görsel ve gürültü etkisi, konutlara yakınlık, kamunun güvenliği, kültürel, tarihsel veya arkeolojik açıdan önem arz eden bölgeler gibi

 Güvenlik Sorunu: Popülasyonu yüksek bölgelere yakınlık, türbinlerin elektromanyetik telekomünikasyon sinyalleri ile karışması gibi

 Şebeke Bağlantı Sorunları: Güç hatlarına yakınlık, civardaki güç hatlarının voltaj ve akım kapasitesi gibi

3.1.4 Son Değerlendirme

Ön değerlendirmeyi geçen her bir bölge için detaylı rüzgar ölçümleri yapılır. Bu adımda hakim rüzgar yönü ve rüzgar hızı ölçümlerinin yanında türbülans ve rüzgar kırılması ölçümleri de yapılır.

Belirli bir türbin için konumlandırılma yapılırken sadece rüzgar hızı değil, başka parametreler de göz önüne alınmalıdır. Bunların arasında en önemli parametrelerden biri türbülans şiddetidir. Türbülans şiddeti, rüzgarın genellikle 10 dakika içinde ne kadar değiştiğini ölçer. Türbin üzerindeki birçok önemli parçanın yorgunluk yüklerine sebep olan türbülans olduğu için, bölgenin ne kadar türbülanslı olduğu bilgisi bu aşamada çok büyük önem taşımaktadır.

Türbülansı oluşturan iki farklı kaynağın birbirinden ayırt edilmesi gerekir. Birincisi coğrafik özelliklerden oluşan türbülans, ki buna ortam türbülans yoğunluğu denir. İkincisi ise Bölüm 2’de anlatılan ve Şekil 3.2’den de görüleceği gibi komşu türbinlerin oluşturduğu gölgeleme sonucu oluşan wake türbülansıdır. Ortam türbülansına sebep olarak ormanlar, tepeler, uçurumlar veya termal etkiler olabilir. Böylece, ortam türbülansı kritik yeryüzü şekillerinden kaçınarak azaltılabilir. Fakat wake kaynaklı türbülansın ortam kaynaklı türbülans yoğunluğundan çok daha fazla etkisi vardır. Türbinler arası mesafenin azaltılması wake türbülansını artıracaktır, bu yüzden iki türbin arasındaki uzaklığın belirli bir sınırda olması gereklidir. Türbinlerin sık yerleştirilmesi durumunda aşırı yüklerin yaratacağı malzeme yorgunluğu türbinlerin çalışma ömürlerini etkileyecektir. Rüzgar türbinlerinin ömrünü kısaltmamak adına rüzgar sektörü yönetimi uygulanarak wake türbülansına düşen bazı türbinler sistemsel olarak kapatılabilir [73].

3.1.5 Mikro-konumlandırma (Micrositing)

Rüzgar santrallerinde sisteme alınması planlanan her bir türbinin konumlandırılması ve bölgenin yerleşim planının yapılması işlemine mikro- konumlandırma (micrositing) denir. Bu işlemde, tanımlanacak kısıtlar çerçevesinde rüzgar santralinin yerleşimi optimize edilir. Böyle bir sürecin amacı rüzgar santralinin enerji üretimini maksimize ederken, altyapı ve işletme maliyetlerini minimize etmektir. Birçok projenin ekonomik duyarlılığı altyapı maliyetlerinden çok enerji üretimine odaklıdır. Dolayısıyla rüzgar santrallerinin yerleştirilmesi problemlerinde baskın tasarım parametresi olarak enerji üretimini kullanmak daha uygundur.

Aday bölgeler arasından en uygun bölge seçildikten sonra her bir türbinin yerleştirileceği kesin konum ve enerji üretimlerine karar verilmelidir. Rüzgar bölgesini ve türbinler arasındaki çeşitli aerodinamik bağlantıları modelleyen birçok bilgisayar programı vardır ve bunlar sayesinde mikro-konumlandırma işlemi yapılabilmektedir. Coğrafi olarak bölgenin pürüzlülüğü arttıkça bu modellerin doğruluğu da azalmaktadır. Bu tür karmaşık yapıdaki bölgelerden elde edilecek detaylı ölçüm verileri yerel rüzgar bölgesindeki mikro-konumlandırma işleminin doğruluğu için önemlidir.

Mikro-konumlandırma için rüzgar santrali tasarımı ve analizi kodları optimum bir yerleşim planı sunabilmek için bölgenin rüzgar verisini, kullanılacak türbinin özelliklerini ve bölgenin çeşitli kısıtlarını (gürültü, yerleşim birimlerine uzaklık gibi) göz önünde bulundurur. Genellikle bölgenin eş yükselti eğrisiyle gösterilen dijital haritası kullanılır. Bu programların çıktısında her türbinin lokasyonu, gürültü çizgileri, her bir türbinin ve tüm türbinlerin tahmini enerji üretimleri ve bazı finansal hesaplamalar vardır. Şekil 3.3 ve Şekil 3.4, WindFarmer programından alınan ekran görüntülerini göstermektedir.

Şekil 3.4: WindFarmer programı ekran görüntüsü – gürültü çizelgesi ve rapor