ELEKTRİK ÜRETİMİ İÇİN YENİLENEBİLİR ENERJİ ARAŞTIRMASI

ELEKTRİK ÜRETİMİ İÇİN YENİLENEBİLİR ENERJİ ARAŞTIRMASI

Kasım ZOR

2

ELEKTRİK ÜRETİMİ İÇİN YENİLENEBİLİR ENERJİ ARAŞTIRMASI • Yenilenebilir Enerjiye Bir Bakış • Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi

3 10

• Rüzgar Enerjisi ile Elektrik Üretimi • Jeotermal Enerji ile Elektrik Üretimi • Okyanus Enerjisi ile Elektrik Üretimi

139 219 251

▫ Termal Güneş Enerjisi ile Elektrik Üretimi ▫ Fotovoltaik Yöntem ile Elektrik Üretimi

• • • •

▫ Gelgit Enerjisi ile Elektrik Üretimi ▫ Dalga Enerjisi ile Elektrik Üretimi ▫ Okyanustan Termal Enerji Çevrimi ile Enerji Üretimi

Biyokütle Enerjisi ile Elektrik Üretimi Su Gücü ile Elektrik Üretimi Hidrojen Enerjisi ile Elektrik Üretimi Finansal ve Ekonomik Açıdan Yenilenebilir Enerji

11 40

252 273 289

294 300 308 314

3

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • Enerji; İnsan • Enerji Kaynağı; Güvenlik, Yeterlilik ve Erişim • Talep; Trend

4

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • Dünyadaki mevcut elektrik üretim sistemleri: ▫ Fosil Yakıtlar ▫ Nükleer Güç ▫ Yenilenebilir Kaynaklar

5

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • Fosil Yakıtlar (Ağaç, Kömür, Petrol, vb.) • Mevcut enerji kaynakları çoğunlukla fosil • Fosil kaynakların üretimi ve ulaşımı çok ekonomik • Güç santrallerinde diğer enerji tiplerine dönüşümünün maliyeti daha ucuz • En büyük avantajı hazır olması • Müşteri talebinin olduğu her yerde kullanılabilir

6

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • Nükleer güce erişim pek kolay değil ▫ Maliyet, güvenlik, teknoloji, kaynak,...

• Sadece gelişmiş ülkelerde kullanılıyor

7

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • • • •

Yenilenebilir enerji kaynakları tükenmezler Erişimi kolaydır ve doğada bolca bulunur Hava kirliliğine diğerleri kadar yol açmaz İnsan sağlığında meydana gelecek zararları azaltır • Fosil yakıtların kullanımını dengelerler

8

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • 2005 yılında tüm dünyada elektrik üretimi 17450TWh • Yenilenebilir enerji sektörü şu anda Toplam ihtiyacın %13,5 unu karşılıyor

9

YENİLENEBİLİR ENERJİYE BİR BAKIŞ • 21.yy ortalarında uygun yasalar hazırlanır ve gerekli teknolojik ilerlemeler sağlanırsa, toplam enerji talebinin %50sini karşılayabilecek potansiyelde • Çeşitleri: Güneş(Termal ve Fotovoltaik), Rüzgar, Jeotermal, Okyanus (Dalga, Gelgit ve Termal Çevrim), Biyokütle, Su Gücü, Hidrojen

10

GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş enerjisi doğada bolca bulunur. • Işıma enerjisi güneşteki füzyon işlemleri ile meydana gelir. • Diğer tüm enerji çeşitleri ile alakası vardır. • Güneş rüzgarı sürer. Güneşle ilgisi olmayan kaynaklar, nükleer ve okyanus kaynaklarıdır. • İki çeşittir: ▫ Termal Güneş Enerjisi Sistemleri ▫ Fotovoltaik Sistemler

11

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneşteki ışıma ile açığa çıkan termal enerjiyi toplar ve kullanır. • Su ve oda ısınımı Düşük sıcaklık • Elektrik jeneratörlerini sürmek için yoğunlaşma ile buhar üretimi (CSP) Yüksek sıcaklık

12

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

13

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Binlerce güneş izleyici ayna (heliostat) tarafından toplanılan güneş enerjisi, kulenin tepesindeki alıcıya yansıtılır. • Ortaya çıkan çok büyük miktarlardaki enerji yüksek sıcaklıkta tuzu eritmek için kullanılır. • Erimiş tuz, ihtiyaç anında kullanılmak ve türbini sürmek için depolama tanklarında depolanır.

14

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Buhar üretildikten sonra , kullanılan erimiş tuz düşük sıcaklıktadır ve soğuk tuz depolama tankına gönderilir. • Soğuk tuz, alıcı kuleye basılarak tekrar eritilir ve bir döngü oluşturulur.

15

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Kullanılan enerji, çalışma sıcaklarına bağlıdır. • Maksimum termodinamik çevrim verimliliği:

• Yüksek sıcaklığın fazlalığı ve düşük sıcaklığın azlığı santral verimini artırır.

16

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Bu şemanın en büyük faydası, saatler boyunca güneş enerjisini depolama performansında kayıp olmamasıdır. • PV’den daha ucuz ve etkilidir.(Pil ve AC invertör maliyeti yok) • Dezavantajı, sadece geniş ölçekli uygulamalarda kullanılabilir olmasıdır.

17

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Enerji Toplama: ▫ Parabolik kanal ▫ Merkez alıcı (Güç kulesi) ▫ Parabolik çukur (Stirling Teknolojisi)

18

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Parabolik Kanal: ▫ En yaygın kullanılan modellerden biridir. ▫ Konkav ve parabolik şekillidir. ▫ Güneşi doğudan batıya izler. ▫ Özel sistemler 80MW elektrik üretebilir. ▫ Sentetik yağ sıcaklıklığı 370C ye kadar yükselir.

19

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Parabolik Kanal: ▫ İlki 1984 yılında Kaliforniyona’nın Mojave çölüne SEGS tarafından kuruldu. ▫ 1990’da 354MW’a ulaştı. ▫ Güneşten elektriğe çevrim verimi %12 ile %25 arasındadır. ▫ Depolamasız kapasite faktörü ise %26 ile %28 arasındadır.

20

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Merkez alıcı(Güç kulesi): ▫ Her gündüşürücü çift eksenlidir. ▫ Parabolik kanaldan daha fazla yoğunlaşma sağlar. ▫ Çalışan malzemenin sıcaklığı yüksektir, genelde tuzdur. ▫ Yüksek Carnot verimliliği sağlar.

21

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Merkez alıcı(Güç kulesi): ▫ Onlarca ve yüzlerce MW kapasiteli geniş ölçekli santrallerde kullanılır. ▫ İlk ticari santral 2007’de Sevilla’ya Abengoa şirketi tarafından kuruldu.(PS10) ▫ 114m kule, 624 gündüşürücü (her biri 120 m2) ▫ Güneşten elektriğe çevrim verimi %17’dir.

22

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ Planta Solar 10

23

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

24

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Parabolik çukur (Stirling Teknolojisi)

25

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Parabolik çukur(Stirling Teknolojisi):

▫ KW derecesinde elektrik üretimi için kullanılır. ▫ Parabolik çukur güneş ışığına yoğunlaşır. ▫ İki eksenli güneş izleme aynası, ışınları yüksek derece doğrulukla izler ve yüksek verim oranı sağlar . ▫ Odaklanmış alıcı 650 C ye ısıtılır. ▫ Emilmiş ısı, ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren Stirling motorunun kullanılması ile jeneratörü sürerek elektrik üretir. ▫ Yeterli güneş ışığı yoksa, fosil veya biyolojik yakıtlardan içten yanma ile Stirling motoru sürülebilir. ▫ Sistem verimi %20 üzerindedir. ▫ Maliyeti diğer sistemlerden çok daha fazladır. ▫ Geniş ölçekli üretimlerle maliyet azaltımı sağlanabilir.

26

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

27

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş Bacalı Güç Santrali:

28

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş Bacalı Güç Santrali: ▫ Uzunluğu 1000m yüksek bacaya (kule) sahiptirler. ▫ Bu baca cam veya plastik çerçeve ile desteklenmiş, 5000 m ye kadar varan çatı toplayıcılar ile çevrilidir. ▫ Güneş zemini ve çatı toplayıcısı altındaki havayı ısıtır, ısınan hava bacaya ulaşıncaya kadar çatının yukarı yöndeki eğimini takip eder. ▫ Isınmış hava, burada baca içerisine doğru yüksek hızla akarak, yukarıdaki rüzgar jeneratörlerini sürer ve elektrik üretir. ▫ Verim şu anda %2 nin altında. ▫ Geniş alan gereksiniminden dolayı, ucuz veya boş alanlara kurulabilir. Genellikle çöl bölgelerinde kurulurlar.

29

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güney Avustralya, ▫ Güneş yakalama alanı: 11km2 [Cam muhafazalı] ▫ Beton baca, 140m çapında, 1000m boyunda ▫ Tepesinde 32 rüzgar türbini var ▫ Toplam Kapasite: 200MW

30

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Ticari Güç Santralleri: ▫ Kapasiteleri birkaç yüz MW seviyesindedir. ▫ NREL tarafından yapılan 100MW lık prototip dizaynında mevcut teknolojinin %23lük bir verime sahip olduğu görülmüştür. ▫ Karşılaştırma açısından:  Yaygın kömür termal santraller %40, kristalize özelliği olmayan silikonlu PV %6-8, kristalize özelliği olan silikon %12-15 ve çok bağlantılı ince film teknolojisi PV’lerin verimi %20-25 arasındadır.

31

32

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Araştırmalarda elde edilen bilgilere göre: ▫ 200 MW lık santraller için gerekli alan 3mil karedir. Gelecekte daha yüksek kapasiteliler inşa edilebilir. ▫ Santral kapasite faktörü %65’e kadar çıkarılabilir. ▫ Yıllık %20’lik bir çevrim verimi başarılabilirdir. ▫ Teknolojinin termal enerji depolama özelliği şebekenin yüksek taleplerini karşılayabilir. ▫ Kademelendirilmiş enerji maliyeti yaklaşık 7 ile 9 cent/KWh arasındadır.

33

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Araştırmalarda elde edilen bilgilere göre: ▫ İlk birkaç ticari güç santrali için sermaye maliyeti KW başına 2000 dolardır. ▫ Karşılaştırma yapıldığında Rüzgar ve PV’ye göre termal güneş enerjisi sistemleri pek modüler değildir. Ekonomik boyutları 100MW-300MW arasındadır. ▫ Şebeke ölçeğinde merkez alıcılı bir sistemin üreteceği elektriğin maliyeti büyüklüğe bağlı olarak 6 ile 10 cent/KWh arasındadır.

34

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Teknolojik Gelişmeler ve Trendler: ▫ İnşaası sürenlerle birlikte yeni CSP santrallerininin yapılması gündemde. ▫ İspanya’da Abengoa PS10’un yanına 20MW bir CPS santrali inşa ediyor. ▫ Avrupanın ilk parabolik kanallı ve dünyanın ilk erimiş tuz depolu parabolik kanal sistemi AndaSol projesi mevcut. ▫ İspanya önümüzdeki 5 ile 7 yıl içerisinde 10GW CSP santrali yapacak. Ayrıca Amerika’da da projeler var.

35

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Teknolojik Gelişmeler ve Trendler: ▫ Güneş yoğunlaşmasında yüksek sıcaklıktaki kimyasal işlemler üzerine çalışmalar boy gösterdi. ▫ Önceki sisteme benzeyen bu sistemde farklı olarak kimyasal reaktör eklenmiş. ▫ Bu sistem kesintili olarak çalışan güneş enerjisinin uzun dönemli depolanmasını sağlıyor.

36

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2020’ye kadar  Amerika ve diğer ülkelerde CSP sistemlerinin ticari olarak uygun duruma gelmesine rağmen, kanal sistemleri hala Amerika CSP piyasasını domine ediyor. 4GW’lık imzalanmış satın alma anlaşmaları ve ek planlanmış projeler uygun finansal politikalarla 2020’de önemli bir büyüme kaydedecek.

37

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2020’ye kadar  Kısa zamanda dizayndaki gelişmelerin artması ile maliyetler ve performanstaki belirsizlikler daha da azalacak.  Yansıtıcı tiplerinin büyümesi, düşük maliyetli yapılar, daha iyi optik ve yüksek doğrulukla izleme ile çalışma sağlandığında gündüşürücü ve çukur yoğunlaştırıcının maliyetleri düşecektir.

38

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2020-2035 arası  Mevcut iletim sistemlerindeki yeni talepler, hatlarda yenileşme ve gelişmeye neden olabilir.  Uzun süreli depolama sağlanırsa, bu dönemde CSP elektrik üretiminin büyük çoğunluğunu sağlayabilir.

39

TERMAL GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2035ten sonra  Uzun dönemde, yoğunlaştırılmış güneş gücü yakıt üretimi için kullanılabilir, bu yüzden de tersinir kimyasal reaksiyonlar depolama amaçlı kullanılabilir.

40

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş ışığının direk olarak elektriğe çevrilmesidir. • 1839, Işık etkisi, Becquerel • 1954, Bell Laboratuarları, İlk güneş pili (%5 Verim) • Amaç, dünya yörüngesindeki uyduların elektrik ihtiyacı

41

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Silikon güneş pilleri, %25 verim • Son yıllarda maliyet azalsada, elektrik üretim maliyetlerine bakıldığında diğerlerinden yüksek • En büyük avantajı modülerlik • mW’tan MW’a kadar bir aralıkta geçerli • Japonya ve Almanya gibi ülkeler büyük, devlet destekli projeleri başlattı

42

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 1990’dan beri onbinlerce şebeke bağlantılı sistemin kurulması, bu teknolojinin sürdürelebilirliğini kanıtlıyor. • Teorik olarak, PV sistemler dünyanın birçok ülkesindeki elektrik enerjisi ihtiyacını karşılayabilecek düzeyde. • 2000’den 2008’e kadar %40 arttı ve 2007’de 3.4GW’lık PV modül üretildi.

43

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş Pili ▫ Güneş pili fiziksel olarak p-n bağlantılı klasik diyota benzemektedir.

44

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş Pili Teknolojileri: ▫ Fotovoltaik sistemlerde maliyeti etkileyen en önemli unsur fotovoltaik enerji çevirim verimidir:

45

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Tek kristalize silikon: ▫ Endüstrideki en yaygın pil malzemesidir. ▫ %14-18 arasında bir verimi vardır. ▫ Tomruk, elmas testere ile 200 ile 400 m yoğun plakalara kesilir. ▫ Panel alanı çok fazla değilse de, kullanımı ekonomiktir.

46

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çok veya yarı kristalize silikon: ▫ Çevrim verimi daha düşüktür, fakat maliyeti çok daha azdır.

• İnce katlı pil: ▫ Piyasadaki yeni tiplerdendir. ▫ CIS (Bakır İndium Diselenide), CdTe(Kadmiyum Tellüride) ve GaAs(Galyum Arsenide) ince katlı malzemelerdir. ▫ 2004, NREL, CIS, %18 verim

47

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Kristalize yapıda olmayan silikon: • Bu teknolojide, 2 m yoğunlukta kristalize yapıda olmayan silikon buharlı kat camda veya paslanmaz çelik ruloda depolanır. • Kristalize silikonla karşılaştırılırsa, bu teknoloji malzemenin %1’ini kullanır. • Verimliliği kristalize silikonun yarısı kadardır.

48

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Küresel Pil: ▫ Laboratuar ortamında ▫ Güney Kaliforniya Edison Şirketi 100ft2 lik küresel panelde Güney Kaliforniya iklimi altında yılda 2000KWh lık elektrik enerjisi elde edileceğini hesaplıyor.

49

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Yoğunlaştırıcı Pil:

▫ Çevrim verimini artırmak için, düşük maliyetli lensler yardımıyla küçük bir alanda yoğunlaştırılıyor. ▫ Standart pillere göre alan ihtiyacı çok az. ▫ %37lik verim tahmin ediliyor. ▫ Her alanda avantajlı. Sadece odaklanmadaki optik maliyeti artırıyor. ▫ Avustralya ve İspanya’dan ▫ ilgi görüyor.

50

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çok Bağlantılı Pil: ▫ Çok katmanlı yarı iletken malzeme kullanarak verimi artırır. ▫ GaInP(Galyum İndium Fosfide), GaAs(Galyum Arsenide), Ge(Germanyum) üç bağlantılı pil ile NREL ve SpecroLab(Boeing) %34’lük bir verim elde etti. ▫ Verimin %40’a kadar artabileceği düşünülüyor.

51

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Modül ve Panel:

52

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş pili yaklaşık 1W’lık güç üretir. • Yüksek güç elde etmek için, birçok sayıda pil bir panel üzerinde paralel veya seri bağlanır. • Güneş paneli birçok modülün seri ve paralel kombinasyonudur.

53

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 1. Çerçeve 2. Hava geçirmez bağlantı kutusu 3. Güç plakası 4. 30 yıllık hava korunumu 5. Güneş pili 6. Sertleştirilmiş yüksek-iletimli cam kapak 7. Dış elektrik barası 8. Çerçeve açıklığı

54

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

55

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Panel Dizaynı: Güneş panellerinin dizaynını etkileyen temel faktörler: ▫ ▫ ▫ ▫

Güneş şiddeti Güneş açısı Maksimum güce karşılık gelen yük Çalışma sıcaklığı

56

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş şiddeti

Işıkakımı büyüklüğü: Tam parlak güneş: 1.0 Bulutlu havada : 0.5 Düşük ışık şiddetinde, kısa devre akımı belirgin bir şekilde azalırken, açık devre gerilimi onunla karşılaştırdığımızda daha düşük bir oranla azalıyor.

57

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Işık çevrim verimi güneş yayılımına duyarsızdır. • Bulutlu ve güneşli günlerde verim aynıdır.

58

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş açısı

Pil çıkış akımı 0 ile 50 arasında formül işlerken, 85 den sonra pilin çalışması duruyor. Matematiksel olarak %7.5lık bir güç üretimi hesaplanır.

59

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Bu durum Kelly Kosinüs ile ifade edilir.

60

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Sıcaklık Etkisi

Artan sıcaklık ile, pilin kısa devre akımı artar ve açık devre gerilimi azalır.

61

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ Düşük sıcaklıkta elde edilecek maksimum güç yüksek sıcaklıktakinden daha fazladır.

62

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Elektriksel yüklerin karşılaştırması

63

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gücün Tepe Noktasında Olma Süreci Dinamik Empedans

Statik Empedans

64

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Sistem Elemanları ▫ Panel tek başına PV güç sistemini oluşturmaz. Monte etmek için ayrı bir yapıya, Güneşe yöneltmek için takipçiye, Sistem performansını gözetlemek için çeşitli sensörlere, Panelin ürettiği DC gücü kabul edecek, bataryayı şarj edecek güç elektroniği ekipmanlarına,  Kalan gücün yük tarafından kullanılabilmesine olanak tanıyan düzenlemelere ihtiyaç vardır.  Yük AC ise, sistem DC gücü 50 veya 60Hz’de AC’ye çevirecek invertöre sahip olmalıdır.    

65

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gücün tepe noktasında seyrettiği PV güç sisteminin ana elemanları

66

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Tepe gücü takip kontrolleri paneldeki çıkış gerilimi ve akımını algılayıp, değişen iklim koşulları altında maksimum güç çekilmesi için gerekli olan çalışma noktasını sürekli olarak ayarlar. Panelin çıkışı DC’yi AC’ye çeviren invertöre gider. Yük gerekliliğinin aşılması durumunda panel çıkışı bataryayı şarj etmek için kullanılır. Batarya şarj edici genellikle Buck DC-DC çeviricidir. Bataryanın tamamen şarjından sonra hala fazla

güç varsa, artık ısı olarak atılabileceği bir oda veya su ısıtıcı ile bağımsız sistemden gönderilir.

67

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güneş olmadığı durumda, batarya yükü beslemek için invertör üzerinden boşalır. Batarya boşaltım diyotu Db, bataryanın tamamen şarj edilmesinden

sonra şarj edici açılırsa bataryayı şarj edilmekten korur. Paneli bataryadan izole eden Da diyotu, geceleri batarya çalışırken devrede panelin yük gibi davranmasından korur. Mod kontrolörü sistem sinyallerini toplar ve

bataryanın şarj durumunu takip ederek şarj/boşalma akım-saatlerini kaydeder. Bu bilgileri batarya şarj ediciyi, boşaltım çeviricisini ve artık yükleri ihtiyaç duyulduğunda açıp kapamak için kullanır. Mod kontrolörü bu yüzden tüm sitemin merkez kontrol mekanizmasıdır.

68

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Şebekeye bağlı sistemlerde, artık ısıtıcılara gerek yoktur. Çünkü fazla güç şebekeye basılır. Başlangıç kontrolörü veya bilgisayar gibi birkaç küçük kritik yük haricinde batarya elenmiştir. DC önce invertör yardımı ile AC ye çevrilir, fakat

dalgalanmalar filtrelenmeden şebekeye verilmemelidir. • AC PV modül, kendinden invertörlü modülü ile piyasaya yenilik getirdi. Şimdilik birkaç yüz wattlık kapasitede. Bu gelişim, PV sistem dizaynını basitleştirdi.

69

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Fotovoltaik güç sistemleri: ▫ Bağımsız fotovoltaik sistemler ▫ Hibrit fotovoltaik sistemler ▫ Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler

70

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Şebeke kullanımına erişimin olmadığı uzak alanlarda kullanılır.

71

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler:  Batarya Şarjı

 Bağımsız PV sistemlerin, az ışıkta veya gece süresince enerji talebini karşılamak için depolamaya ihtiyacı vardır.  Batarya tipleri: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫

Kurşun asit Nikel kadmiyum Lityum Çinko bromit Çinko klorit Sodyum sülfür Nikel hidrojen Redoks Vanadyum

72

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bataryalar: ▫ Elektriğin depolanmasında en yaygın kullanılan batarya tipi kurşun-asit bataryalar. ▫ En önemli nedeni maliyeti. ▫ Özellikle otomotiv endüstrisinde kullanılıyorlar. ▫ NiCd ve NiMH bataryalar kurşun-asit e ek olarak kullanılıyorlar. Biraz daha pahalı. ▫ Yüksek enerji yoğunluğu, hızlı şarj özelliği ve uzun ömürlü oluşu avantajları.

73

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bataryalar: NiCd bataryaların kurşun-asit bataryalara göre avantajları: ▫ Yüksek devir sayısı ▫ Geniş sıcaklık aralığı ▫ Yüksek şarj ve deşarj akımları olasılığı  Dezavantajlar:  Yüksek maliyet  Hafıza etkisi

74

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Fotovoltaik sistemlerde kullanılan bataryaların seçiminde etkili faktörler: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫

Boşalma derinliği (70-80%) Düşük dolma/boşalma akımı Uzun süreli şarj(yavaş) ve deşarj(Duty cycleuzun) Düzensiz ve değişken şarj/deşarj Düşük self deşarj Uzun ömür Az bakım gerekliliği Yüksek enerji depolama verimi Düşük maliyet

75

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  Diyotları PV modüllerle seri olarak bloke etmek, bataryanın gece elektrik üretimi için güneş yokken PV piller üzerinden boşalmasından korumak için kullanılır.  Ayrıca bloke diyotlar, bataryayı kısa devrelerden korurlar.  Paralel bağlanmış birden fazla dizi içeren güneş sistemlerinde, dizilerden bir tanesinde kısa devre meydana gelirse, bloke diyotlar diğer dizilerin kısa devre olmuş dizi üzerinden boşalmasını engeller.

76

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri, yük transferini düzenleyerek bataryayı aşırı şarj ve deşarj dan korur.  Seri şarj regülatörleri  Şönt şarj regülatörleri  DC-DC çeviriciler

77

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  Seri şarj regülatörleri

78

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  Seri şarj regülatörleri

 S1, PV jeneratörden ayırıldığında, önceden belirlenmiş bir batarya gerilimine sahip olunur.  Gerilim, deşarj seviyesinin altına düştüğünde; yük, sınırların üzerindeki boşalım derinliğinden kaçınmak için bataryadan ayırılır.  Bu tipteki kontrolörün ana problemi, anahtarlarda meydana gelen önemli seviyedeki güç kayıplarıdır.  Anahtarlama için: ▫ Bipolar transistör, ▫ MOSFET, ▫ Röle kullanılabilir.

79

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  Şönt şarj regülatörleri

80

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  Şönt şarj regülatörleri  Batarya tam dolduğunda, PV jeneratörü S1 elektronik anahtarı kullanılarak kısa devre olması sağlanır.  Seri kontrolörlerin aksine, bu metodta, kısa devre anahtarına gerek duyulmadan bataryanın tam boşalması durumunda bile sistemin daha etkili çalıştığı görülmektedir.  Bloke diyot, bataryayı kısa devreden korur.  Küçük çaplı fotovoltaik uygulamalar için kullanılır.  Batarya gerilimi, önceden set edilmiş minimum boşalma derinliği seviyesinin altına düştüğünde, S2 anahtarı yükü ayırır. Derin boşalma koruması, bataryayı boşalım derinliğine karşı korur.

81

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  DC-DC çevirici tipli şarj regülatörleri  PV jeneratörün çıkış gerilimini, değişken yükle eşleştirmede kullanılırlar. ▫ Buck (Aşağı yönlü) Çevirici ▫ Boost (Yukarı yönlü) Çevirici ▫ Buck-Boost (Aşağı/Yukarı yönlü) Çevirici

82

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  DC-DC çevirici tipli şarj regülatörleri  Buck (Aşağı yönlü) Çevirici

83

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  DC-DC çevirici tipli şarj regülatörleri  Boost (Yukarı yönlü) Çevirici

84

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Fotovoltaik yük kontrolörleri  DC-DC çevirici tipli şarj regülatörleri  Buck-Boost (Aşağı/Yukarı yönlü) Çevirici

85

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Maksimum Güç Noktası İzleme(MPPT)  Bir panelin maksimum güce ulaştığı noktayı izleyen kontrolöre MPPT(Maximum Power Point Tracker) denir.  Güneş pillerinin yüksek maliyetine bağlı olarak, PV panelini kendi maksimum güç noktasında (MPP) çalıştırmak gereklidir.

86

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Maksimum Güç Noktası İzleme(MPPT)  Güneş yayılımı (Insolation) seviyesi,  200W/m2 1000W/m2

87

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Maksimum Güç Noktası İzleme(MPPT)  Analog Kontrol  Değişik çeşitlerde analog kontrol mekanizmaları mevcuttur. ▫ Bölünmüş kısa devre akımı, ISC ▫ Bölünmüş açık devre gerilimi, VOP ▫ Dalgalı ilinti kontrolü, RCC[Ripple Correlation Control]

 En basit yöntemlerden birisi bölünmüş açık devre gerilimidir. (VOP) ▫ VMPP nın VOP nin doğrusal bir fonksiyonu olduğu varsayımına dayanır.(VMPP=kVOP, k~0.76) ▫ En yaygın metoddur. ▫ Pildeki kısa devre akımı ve sıcaklığın, geniş varyasyonlarında bile yüksek oranda doğru yaklaşım sağlar

88

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler: ▫ Maksimum Güç Noktası İzleme(MPPT)  Dijital Kontrol  Değişik çeşitlerde dijital kontrol mekanizmaları mevcuttur. ▫ ▫ ▫ ▫ ▫

Karıştırma ve Gözlem (Perturbation and Observation) Tepe tırmanışı (Hill Climbing) Bulanık Mantık (Fuzzy Logic) Nöral Network (Neural Network) İletkenlik artırımı (Incremental Conductance)

89

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler için İnvertörler: ▫ Doğrultucular gücü AC’den DC’ye çevirirken, invertörler DC’den AC’ye çevirirler. ▫ Çoğu invertör, ayrıca doğrultucu olarakta görev yapabilirler. (Bi-directional) ▫ Bağımsız fotovoltaik sistem kurulumlarında genellikle,  AC, 230V, 50Hz veya 110V, 60Hz’dir.  İnvertörler güç seviyelerine göre 12, 24, 48, 96, 120, 240 V DC’dirler.

90

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler için İnvertörler:  İdeal olarak, bağımsız fotovoltaik bir sistem için invertörler aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdırlar: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫

Sinüsoidal çıkış gerilimi İzin verilen limitler ölçüsünde gerilim ve frekans Giriş gerilimindeki büyük varyasyonları kaldırabilecek kablo, Çıkış gerilim regülasyonu, Zayıf yüklerde yüksek verim, Elektronik parçalarda meydana gelecek zarar, ekstra kayıplar ve ısınmadan kaçınmak için daha az harmonik üretme, Girişte yüksek akım çeken ekipmanlara karşı, kısa süreliğine aşırı yüklenmeye direnç gösterme, Aşırı/Düşük gerilim veya frekans, kısa devre için yeterli koruma düzenlemesi, Dalga kapasitesi, Rölanti veya yüksüz konumda çalışırken düşük kayıplar, Düşük batarya geriliminde ayırma Düşük ses ve radyo frekansı gürültüsü (Noise Margin)

91

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler için İnvertörler: ▫ MOSFET veya IGBT kullanılabilir. ▫ MOSFET:  MOSFETler genellikle 5 kVA ve 96V DC’ye kadar kullanılırlar.  Yüksek frekanslarda, düşük anahtarlama kayıplarına sahip olmaları bir avantajdır. Çünkü, alışır durumdayken ki gerilim düşümü 2V DC civarındadır.

▫ IGBT:  Genellikle 96V DC üzerindeki sistemlerde kullanılırlar.

92

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler için İnvertörler:

93

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler için İnvertörler:

94

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Bağımsız fotovoltaik sistemler için İnvertörler:

95

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Dizel ve diğer fosil yakıt kullanan jeneratörlü uzak alandaki güç sistemlerine PV yenilenebilir enerji kaynakları eklenerek, 24 saat boyunca ekonomik ve etkili sistemler temin edilebilir. ▫ Bu tarz sistemlere “Hibrit sistemler” denir.

96

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Uzak alanlarda kullanılan yaygın güç sistemleri, genellikle sürekli veya birkaç saatliğine çalışan manuel kontrollü dizel jeneratörlere dayanmaktadır. ▫ Dizel jeneratörlerin çalışma süreleri uzatıldığında, maliyet kayda değer seviyede artar ve sistem ömrü azalır.

97

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Seri Hibrit Enerji Sistemi ▫ Anahtarlanmış Hibrit Enerji Sistemi ▫ Paralel Hibrit Enerji Sistemi

98

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Seri Hibrit Enerji Sistemi

99

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Seri Hibrit Enerji Sistemi  Avantajlar ▫ Motor sürücülü jeneratör, batarya yük durumunun %7080’a ulaşmasından önce yükü beslerken ve batarya bankını doldururken en iyi yüklenilebilecek boyuta getirilebilir. ▫ Değişik enerji kaynakları arasındaki AC gücün anahtarlama ihtiyacı yoktur. Bu da elektriksel çıkış arayüzünü basitleştirir. ▫ Dizel jeneratör başlatıldığında, yükü besleyen güç kesilmez. ▫ İnvertör, uygulamaya bağlı olarak bir sinüs dalgası, kare dalga veya düzenlenmiş bir kare dalga üretebilir.

100

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Seri Hibrit Enerji Sistemi  Dezavantajlar ▫ İnvertörün motor sürücülü jeneratör ile paralel olarak çalışamamasından dolayı, invertör maksimum sistem yükünü besleyecek şekilde boyutlandırılmalıdır. ▫ Batarya bankı sık doldurulup boşaltıldığı için ömrü azdır. ▫ Boşalma derinliğini sınırlandırmak için büyük batarya bankı gerekmektedir. ▫ Genel sistem verimi düşüktür, bu yüzden dizel jeneratör yüke doğrudan güç sağlayamaz. Ayrıca bu durumda, invertörün arızası gerçekleşirse, sistem tümden güç kesintisine uğrar.

101

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ

• Hibrit fotovoltaik sistemler:

▫ Anahtarlanmış Hibrit Enerji Sistemi

102

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Anahtarlanmış Hibrit Enerji Sistemi  Avantajlar ▫ İnvertör, uygulamaya bağlı olarak bir sinüs dalgası, kare dalga veya düzenlenmiş bir kare dalga üretebilir. ▫ Dizel jeneratör yükü doğrudan besleyebilir, bu yüzden sistem verimi artar ve yakıt tüketimi azalır.

 Dezavantajlar ▫ AC güç kaynaklarının transferi sırasında, yüke aktarılan güç anlık olarak kesilir. ▫ Motor sürücülü jeneratör ve invertör dizaynı maksimum yüke göre yapıldığı için, kısmi yüklerde verim düşer.

103

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Paralel Hibrit Enerji Sistemi  (a)DC Dekuplaj  (b)AC Kuplaj

104

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler:

▫ Paralel Hibrit Enerji Sistemi  Avantajlar ▫ ▫ ▫ ▫

Sistem yükü en iyi yolla karşılanır. Dizel jeneratör verimi maksimize edilebilir. Dizel jeneratör bakımı minimize edilebilir. Dizel jeneratör, batarya bankı, invertör ve yenilenebilir kaynakların nominal kapasitelerindeki azalma uygulanabilir olmakla birlikte, maksimum yükleri karşılayabilir.

 Dezavantajlar

▫ Sistemin güvenilir çalışması için otomatik kontrol gereklidir. ▫ İnvertör, ikinci bir AC kaynak ile senkronize olma yeteneğine sahip ve doğru sinüs dalga invertörü olmalıdır. ▫ Sistemin çalışması, sisteme aşina olmayan bir kullanıcı için oldukça zordur.

105

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Paralel Hibrit Enerji Sistemi’nin kontrolü

106

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler:

▫ Paralel Hibrit Enerji Sistemi’nin kontrolü için çalışma modları:  Mod I: ▫ Gece ve sabahın erken saatlerinde, ▫ Temel yük bataryadaki depolanmış enerji ile besleniyor, ▫ Fotovoltaik güç yok, ▫ Dizel jeneratör başlatılmamış durumda.

 Mod II:

▫ Fotovoltaik güç orta yük talebini karşılamak için depolanmış enerjiden de destek alıyor.

 Mod III:

▫ Fotovoltaik jeneratörde fazla enerji var, bu enerji bataryada depolanıyor. ▫ Orta yük talebi fotovoltaik güç ile sağlanıyor.

107

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Hibrit fotovoltaik sistemler: ▫ Paralel Hibrit Enerji Sistemi’nin kontrolü için çalışma modları:  Mod IV: ▫ Yüksek akşam yükünü karşılamak için dizel jeneratör başlatılıyor ve nominal gücünde çalıştırılıyor. ▫ Dizel jeneratörde fazla enerji olması durumunda, batarya yeniden şarj ediliyor.

 Mod V: ▫ Dizel jeneratörün gücü, maksimum yük talebini karşılamada yetersiz kalıyor. ▫ AC invertör çıkış geriliminin jeneratörün dalga formu ile senkronize edilmesi sonucunda, bataryalardan ek güç sağlanıyor.

 Mod VI: ▫ Dizel jeneratörün gücü yük talebini aşıyor, fakat bataryalar yüksek yük durumu seviyesine yeniden şarj edilinceye kadar çalışır durumda tutuluyor.

108

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler: ▫ PV paneller, batarya depolaması olmaksızın invertörler ile şebekeye bağlanırlar. ▫ Şebeke bağlantılı invertörler, gerilim ve frekans anlamında şebekeye senkronize edilmelidir.

109

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler: ▫ Batarya destekli veya bataryasız olabilirler. ▫ Batarya depolamalı sistemler (Flywheel) ek bir güç kaynağı güvenilirliğini sisteme kazandırırlar. ▫ Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemler, tüketiciye mevcut güneş enerjisi ile kendi yüklerini beslemenin yanı sıra, enerji fazlasını da şebekeye geri enjekte edebilme olanağı tanırlar.(Çift yönlü güç akışı) ▫ Böylece, şebeke gece veya fotovoltaik enerjinin yetersiz kaldığı durumlarda sistemimizi beslerken, sistemimizdeki fazla fotovoltaik gücü de emer.

110

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemlerin kullanım alanları: ▫ Çatıüstü şebeke bağlantılı fotovoltaik sistem uygulaması:  Küçük çaplı ev tipindeki fotovoltaik sistemler için yapılacak en iyi tercih çatı monteli fotovoltaik modüldür.  Güneş pilleri elektrik üretimi için çevreci ve temiz bir yoldur. Çatıüstleri de her zaman yerleşim için en ideal alanlar olmuşlardır.  Evin elektriğini sağlamakla kalmaz, yazın aydınlatma, soğutma gibi yükleri de karşılayarak maksimum yük talebini azaltır.  Bataryalı sistemler düşük güneş yayılımında, gece veya bulutlu günlerde sistemin güvenilirliğini artırırlar. Ancak, bakım ihtiyacı ve yüksek maliyetler gibi problemleri de bulunmaktadır.

111

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemlerin kullanım alanları: ▫ Geniş ölçekli sistem uygulaması:  Almanya, Amerika, İspanya ve dünyanın diğer değişik bölümlerinde bazı geniş ölçekli fotovoltaik santraller kurulmuş durumda.  Fotovoltaik sistemler merkezi veya dağıtılmış sistemler olabilirler.

112

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı uygulamalar için invertörler: ▫ Şebeke bağlantılı fotovoltaik sistemlerde güç durumunu belirleyen ekipman (Power Conditioner), PV modülü ve şebeke arasındaki en önemli bağlantıdır. ▫ Bir arayüz gibi davranarak güneş pillerinde üretilen DC akımı, şebeke seviyesinde AC akıma çevirir. ▫ Fotovoltaik sistem davranışı ağırlıkla güç durumu ünitesine bağlıdır.

113

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı uygulamalar için invertörler: ▫ İnvertörler;

 İyi kaliteli sinüs çıkış dalgası üretmelidirler.  Şebeke gerilimi ve frekansını takip etmelidirler.  MPPT yardımı ile güneş pillerinden maksimum enerjiyi aktarmalıdırlar.  I-V karakteristiğindeki MPP bulununcaya kadar invertörün giriş kademesi, giriş gerilimini değiştirmelidir.  İnvertör, şebekenin tüm fazlarını gözlemlemelidir.  İnvertör çıkışı, değişken gerilim ve frekansa bağlı olarak kontrol edilebilmelidir.  Tipik şebeke bağlantılı invertör, PWM şema kullanmalı ve 2-20kHz aralığında çalışmalıdır.

114

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • İnvertörlerin sınıflandırılması:  Şebeke arayüzlerine göre:  Gerilim kaynaklı invertörler (VSI)  Akım kaynaklı invertörler (CSI)

 Kontrol şekillerine göre:  Akım kontrollü (CC)  Gerilim kontrollü (VC)

115

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • VCVSI

116

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • CCVSI

117

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • İnvertör çeşitleri: ▫ Line-commutated invertör ▫ Self-commutated invertör ▫ Yüksek frekans trafolu invertör

118

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • İnvertör çeşitleri: ▫ Line-commutated invertör  Elektrik motoru uygulamlarında kullanılır. Tristörlü yapıdadır. Güneş uygulamaları için kontrol algoritmasında MPPT gereklidir.

119

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • İnvertör çeşitleri: ▫ Self-commutated invertör  Fotovoltaik sistemlerin şebeke bağlantıları için kullanılır. Uygulamalara göre, BJT, MOSFET, GTO veya IGBT kullanımı değişkenlik gösterir.

120

▫ Yüksek frekans trafolu invertör  PWM anahtarlama şemalı standart bir fotovoltaik invertör için 50 Hz lik trafo çok ağır ve maliyetli olabilir.  20 kHz den yüksek frekanslarda, ferrit nüveli trafo daha iyi bir opsiyon olabilir.

121

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Diğer fotovoltaik invertör topolojileri:

▫ Çok seviyeli çeviriciler (Multilevel converters)  Yüksek sayıdaki PV panellerin gerilim adımları yaratmak için ayarlandığı geniş ölçekli PV sistemlerde kullanılır.

122

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Diğer fotovoltaik invertör topolojileri: ▫ Yalıtılmamış Gerilim Kaynağı

123

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Diğer fotovoltaik invertör topolojileri: ▫ Yalıtılmamış Akım Kaynağı

124

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Diğer fotovoltaik invertör topolojileri:

▫ Yarım Dalga Trafo Bağlantılı Buck Çevirici

125

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Diğer fotovoltaik invertör topolojileri: ▫ Flyback Çevirici  Bu çevirici topolojisi PV gerilimi, DC bara gerilimine yükseltir.

126

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Diğer fotovoltaik invertör topolojileri: ▫ Paralel PV Paneller kullanılan arayüz

127

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Sistem Konfigürasyonları ▫ Genellikle, bataryasız şebeke bağlantılı PV sistem konfigürasyonları 4 çeşittir:    

Merkezi santral invertör Çok diziye sahip DC-DC çeviricili tek çıkışlı invertör Çok dizili invertör Modüle entegre invertör

128

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Sistem Konfigürasyonları ▫ Merkezi santral invertör

129

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Sistem Konfigürasyonları ▫ Çok diziye sahip DC-DC çeviricili tek çıkışlı invertör

130

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Sistem Konfigürasyonları ▫ Çok dizili invertör

131

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Sistem Konfigürasyonları ▫ Modüle entegre invertör

132

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı invertörlerin özellikleri: ▫ Yanıt süresi

 Kontrol sisteminin band genişliği tarafından kontrol edilmeli ve yüksek hızda olmalıdır.  Dönen kütlenin olmayışı ve yarıiletken anahtarlama elemanlarının kullanımı, invertörlerin milisaniye derecesinde yanıt vermesini sağlar.

▫ Güç faktörü

 Geçmişte düşüktü, fakat gelişen teknolojilerle birim güç faktörüne yaklaşmaktadır.

▫ Frekans kontrolü

 Şebeke ile aynı olmalıdır.

▫ Harmonik çıkışı

 Geçmişte düşüktü, fakat günümüzde 6 ve 12 pulse invertörler fazla harmonik üretip güç kalitesini düşürmektedir. Fakat PWM ile bunlar azaltılabiliyor.

133

FOTOVOLTAİK GÜÇ SİSTEMLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Şebeke bağlantılı invertörlerin özellikleri: ▫ Senkronizasyon

 Şebeke ile senkron çalışmalıdır.

▫ Hata akımı katkısı

 İnvertörler kendilerini yüksek akımlara karşı korumalıdır.

▫ DC akım enjekte edilmesi

 İnvertör düzgün çalışmadığında ve bozulduğunda şebekeye DC komponentleri enjekte edebilir. (Trafo kullanımı ile engellenebilir.)

▫ Koruma

 Koruma gerektiren durumlar:    

Aşırı gerilim, Düşük gerilim, Aşırı frekans, Düşük frekans.

134

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Teknolojik Gelişmeler ve Trendler: ▫ Mikron boyutlardaki silikon kürelere dayalı silikon modüllerin tam ölçekli üretimi son zamanlarda duyuruldu. Bu işlemde, milimetre altı boyutlardaki silikon küreler iki ince Alüminyum sac arasına bağlanıyor, güneş pilleri içinde işleniyor ve esnek, hafif modüllerde paketleniyor. ▫ İnce katlı teknolojiler plaka tabanlı kristalize silikonlara göre daha az malzeme kullanımı, daha az işleme adımı ve geniş alan modülleri için daha kolay üretim ile avantaj sağlıyor. Maliyeti düşük.

135

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Teknolojik Gelişmeler ve Trendler: ▫ Boyaya duyarlı piller:

 Çok etkileyici. Yapılandırıcı malzeme maliyetleri çok düşük. Üretim işlemi çok kolay. Düzensizliklere tölereli. Laboratuar ortamında %11lik bir verim sağlandı.

▫ Organik ve Nanoteknolojik güneş pilleri:

 Organik güneş pilleri ince katlı pillerden 10 kat daha ince. 4 konuda düşük maliyet sağlıyor: -Düşük maliyetli yapılandırıcı elementler –İndirgenmiş malzeme kullanımı –Yüksek çevirim verimi –Yüksek hacimli üretim teknikleri  Fotovoltaikler için nanoteknolojik kullanım gelecek vaad eden bir metod, çünkü partikül boyutları ve şekilleri kontrol edilerek malzemenin optik ve elektronik özellikleri ayarlanabiliyor. Kimyasal çözümlerle nanopartiküller üretildiğinde, üretim kolaylaşacak.

136

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2020’ye kadar:  Şu anda çoklu kristalize silikon PV teknolojileri iyi geliştirilmiş ve ticari olarak uygun durumda. İnce katlı pillerin verimlerindeki gelişim önemli. (Silikon tabanlı pillerden az maliyetli fakat az verimli olsa da)  Bunlara ek olarak, PV arayüz cihazları PV invertörleri de içine alacak şekilde geliştirilmeli. (Ayırıcı, sayaç, iletişim arayüzleri)

137

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2020-2035 arası:  Mevcut PV teknolojilerinin üretimindeki yeni gelişmelere bağlı olarak maliyet azaltılmasına ihtiyaç duyulacak.  Düşük maliyetle yüksek verim elde edilebilecek yeni pil yapıları araştırılmalı.  Organik güneş pilleri, boyaya duyarlı güneş pilleri, nanoteknolojik tabanlı güneş pilleri ve diğer fotovoltaik teknolojilerdeki maliyetlerin azaltılması olasılığı araştırılmalı.

138

FOTOVOLTAİK YÖNTEM İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2035’ten sonra:  Kabul edilebilen verim oranlı PV teknolojilerin süper ucuz üretimleri hedefleniyor.  Yeni jenerasyon PV piller ışıktan elektriğe çevirim verimini maksimize edecek bütünsel güneş tayfı kullanımını optimum seviyede tutacak yapılara sahip olacak.

139

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Rüzgar enerjisi güneş enerjisine dolaylı olarak bağlıdır. • Rüzgarların kaynağı, güneşin dünya üzerinde neden olduğu sıcaklık farklarıdır. • 3000 yıl önce rüzgar sulama sistemlerinde kullanılıyordu. • 7.yy’da Afganistan’da tahıl öğütme için kullanılıyordu. • 17.yy’da onbinlerce rüzgar değirmeni arazi direnajında kullanıldı. • 19.yy’da Kuzey Afrika’da rüzgar değirmenleri su pompalama sistemleri için kullanıldı.

140

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 20.yy’ın başlarında buhar güçlü makinalar ve içten yanmalı motorlar rüzgar güç sistemleri ile rekabet etmeye başladı. • Sonuç olarak elektrikli hayata geçilmesi rüzgarı gereksiz kıldı. • Rüzgar gücünün yeniden dirilişi 1970’deki petrol krizi ile gerçekleşti. • Geçmişteki mekanik rüzgar güç sistemlerinin tersine, günümüzdeki modern rüzgar çeviriciler özel olarak elektrik üretiyor.

141

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 1990’lardaki teknolojik gelişmeler ile Almanya rüzgar alanında en gelişmiş ülke oldu. • Son teknoloji rüzgar jeneratörleri ileri seviyede teknik standartlara ulaştı ve şu anda 4MW’ın üzerinde güç üretebiliyor. • Almanya, Danimarka ve İspanya gibi ülkelerde çıkan yasalar, rüzgar gücünün patlama yapmasında önemli rol oynadı. • Almanya elektrik ihtiyacının 1/3’ünü, Birleşik Krallık ise teorik olarak tüm elektrik ihtiyacından daha fazlasını rüzgar gücü ile karşılayabilecek düzeyde.

142

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Rüzgar Hızı ve Enerji: • Güneş atmosferdeki hava kütlesini ısıtır. Dünyanın küresel şekli, kendi ekseni etrafındaki dönüşü, ışık yayılmalarındaki mevsimsel ve bölgesel dalgalanmalar hava basıncında farklılıklara neden olur. Rüzgarı oluşturan hava hareketlerinin kaynağı bu farklılıklardır. • Teknik anlamda, rüzgar türbini rüzgarın kinetik enerjisini mekanik olarak elektrik jeneratörüne bağlı iki veya daha fazla kanattan oluşan rotorun içerisinde hapseder. Enerjinin elde edilmesini sağlamak için türbin uzun bir kule üzerine monte edilmelidir.

143

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • İki çeşit türbin dizaynı vardır: ▫ Yatay eksen dizaynı:  Danimarka standardıdır.  Danimarka türbini olarakta isimlendirilir.  Çoğu modern rüzgar türbini yatay eksenlidir.

144

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Dikey eksen dizaynı:  Yumurta çırpacağı şeklindedir.  Muciti dolayısı ile Darrieus rotoru olarak adlandırılır.  Geçmişte özel yapısal avantajı yüzünden kullanılmıştır.

145

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

146

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Göbek yüksekliğinin etkisi

• • •

,h1 referans yükseliğindeki rüzgar hızı ,h2 yüksekliğindeki tahmini hız ,zemin yüzeyindeki sürtünme katsayısı

147

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Değişik arazilerdeki α sürtünme katsayısı: Arazi Tipi Göl, okyanus ve düzgün, sert yüzey Zeminden 30,4cm yükseklikte çim Uzun ekin, çit, çalı Ormanlık alan Çalı ve ağaçlı küçük şehir Yüksek katlı şehir alanı

α 0,1 0,15 0,20 0,25 0,30 0,40

148

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

149

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Rüzgar Gücü Sistemleri ▫ Sistem Elemanları      

Kule 2 veya 3 kanatlı rotor Mekanik çarklı şaft Elektrik jeneratörü Sapma mekanizması Sensörler ve kontrol

150

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Ayrıca ek olarak şunlarda olmalıdır:

▫ Anemometreler, Rüzgar hızı ölçümü ve verilerin kontrolöre iletimi ▫ Çeşitli mekanik ve elektriksel parametreleri ayarlamak ve izlemek için gerekli olan sensörler (1MW lık türbinde birkaç yüz sensör vardır) ▫ Motor kontrolörü, 8-15 mph de başlatacak/ 50-70 mph de kapatacak ▫ Güç elektroniği ekipmanları ▫ Kontrol elektroniği ▫ Batarya ▫ İletim hattı

151

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Kule: • Geçmişte kuleler 20-50m arasındaydı. Orta ve geniş çaplı türbinlerde , kule yukseklikliği yaklaşık olarak rotor çapına eşittir. • Küçük türbinlerde ise rotor çapının birkaç katı büyüklüğündedir. • Çelik ve beton kuleler kullanımda • Ağaç ve binaların yaratacağı türbülanstan korunmak için kuleler minimum 25-30m yükseklikte olmalıdır.

152

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

153

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ Danimarka

154

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 600KW lık rüzgar türbini • Kule boyutları ile özellikleri şekilde verilmiş.

155

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

156

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Türbin: • Birkaç kW’lık bağımsız uzaktan uygulamalardan birkaç MW’lık şebeke ölçekli güç üretimine kadar değişik boyutlarda türbin üretimi yapılmaktadır. • 2002’de Dünya genelindeki kurulu türbinlerin ortalama boyutu 1MW’ın üzerindeydi. • 2003 sonunda sadece GE Wind Energy kendi başına 1200 tane 1,5MW’lık türbin kurdu.

157

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Bugünlerde, açık denizdeki geniş rüzgar santrallerine 5MW’lık cihazlar yerleştiriliyor. • 5MW’lık türbinin kütlesi kullanılan teknolojilere göre 150-300 tonluk nasel ile 70-100 tonluk rotor kanatlarını içerir. • 2004’te Dünyanın en çok rüzgar türbini temin eden firmaları: ▫ Vestas (Danimarka) %22 ▫ GE Wind (Amerika) %18 ▫ Enercon (Almanya) %15 ▫ Gamesha (İspanya) %12 ▫ NEG Micon (Danimarka) %10 (NEG Micon’da Vestas’a ait, fakat ayrı isimlerle devam ediyorlar)

158

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Kanatlar: • Modern rüzgar türbinleri aerodinamik prensiplere göre özenle hesaplanmış 2 veya 3 kanata sahiptirler. • Türbin kanatları yüksek yoğunluklu tahta, cam fiber ve plastik bileşenlerden yapılmışlardır.

159

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Türbin Gücü: • Rüzgar türbinlerinin nominal güçleri küresel bir standarda sahip değil. • Üretici firmalar genellikle maksimum güç kapasitesi/rüzgar türbini çapı şeklinde ifade eder. Ör: 300/30-kW/m

160

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 300/30’luk rüzgar türbininin SRC’si: ▫ 300/(Πx15x15)=0,42 kW/m2

• Geniş ölçekli cihazlar için: ▫ 0,2 kW/m210m rotor çapı ▫ 0,5 kW/m240m rotor çapı ▫ SRC’si 0,7kW/m2 ve 1kW/m2’ye kadar olanlar mevcut.

161

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Güç vs Hız

162

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çevresel Hız Oranı(TSR):

163

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Maksimum güç ile çalışma: ▫ 1. Sabit TSR Şeması

164

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ 2. Maksimum Gücü Takip Şeması

165

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Sistem Dizaynı: ▫ Türbin Kuleleri ve Yerleşim:  Geniş türbinler daha az alan işgal ederek MW kapasitesi başına daha az maliyete neden olurlar.  Daha geniş cihazlar, maliyeti biraz daha düşürürler. Fakat herhangi birinin arızasında çıkıştaki etki daha fazla olacaktır.  Kuleler faydalı, ancak yükseklikleri yerel regülasyonlara uyumlu olmalı ve çevresinde bir problem oluşturmamalıdır.  Ayrıca nasel ağırlığı ve yapısal dinamikler de önemli başlıklar.

166

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ  Cihazları rüzgar alanına yerleştirirken kulelerin arasında belirli boşluklar bulunmalıdır. Bu boşluklar şu parametlere bağlıdır:    

Sistemin kurulacağı alan Rüzgar yönü Rüzgar hızı Türbin boyutu

167

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ  Optimum mesafe, yan yana iki kule arasında 2-4 rotor çapı, ard arda iki kule arasında ise 8-12 rotor çapıdır.

168

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Her biri 500kW’lık 20 kuleli bir rüzgar santralinin ihtiyaç duyacağı alan 1-2 km2 arasındadır. • Bu alanın %5’i türbin kuleleri veya erişim yolları için kullanılır. Geri kalan alan otlatma, çiftlikler, balıkçılık, vb şekilde kullanılabilir.

169

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Kanat sayıları:

 Az sayıdaki kanatlar hızlı dönerken, çok sayıdaki kanatlar yavaş döner.  Fazla kanat sayısı daha fazla miktarda güç sağlamaz, ama daha fazla tork sağlarlar.  Rüzgar makineleri 1 ile 40 arasında değişen kanat sayılarına sahiptirler.  Tek kanatlı bir makine, teknik olarak gerçekleştirilebilir, ama süpersonik çevresel hız ve yüksek darbeli tork verirken aşırı titreşime neden olur. Bu yüzden geniş sistemlerde kullanılması zordur.  Çok kanatlı makineler ise yüksek başlangıç torku gereken su pompalama, tahıl öğütme gibi düşük çevresel hız oranına (TSR) sahip olan rotorlarda kullanılır.  Modern yüksek hızlı TSR ye sahip olan rotorlu makineler elektrik üretiminde 2 veya 3 kanata sahiptirler. Çoğunlukla 2 kanatlıdırlar, fakat Danimarka standardı 3 kanatlıdır.

170

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ  Kanat sayısını etkileyen ana faktörler:  Güç katsayısı üzerindeki etki  TSR dizaynı  Jiroskopik yorgunluğu azaltmak için sapma oranının sınırlandırılması

 2 kanatlı yapılar Amerika’da daha çok kullanılırken, Avrupa’nin genelinde 3 kanatlı yapılar kullanılmaktadır. 3. kanadı eklemek güç katsayısını %5 artırırken, %50 fazla kanat ağırlığı ve maliyet getirecektir.

171

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Rüzgara Karşı veya Rüzgar Yönünde Rotor: ▫ Rüzgara karşı (upwind) rotorlu kuleler, kanatlar üzerinde kule gölgesi yaratmadığından daha fazla güç üretirler. ▫ Düşük gürültü, düşük kanat yorgunluğu ve düzgün çıkış gücü sağlar. ▫ Dezavantajı, rüzgarın rotoru sapma mekanizması aracılığı ile döndürmesidir. Rüzgara karşı türbinlerin ağır sapma mekanizması, rüzgar yönündeki türbinlerden daha sert bir rotora sahip olunmasını gerektirir.

172

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Rüzgara Karşı veya Rüzgar Yönünde Rotor:

▫ Rüzgar yönünde (downwind) rotor, rüzgarın kule önünde biraz kesilmesinden dolayı daha az güç üretecektir. ▫ Başka bir yönden, serbest sapma sisteminin kullanılmasına olanak tanır. Ayrıca, yüklenildiğinde kanatların kuleden dışarı doğru sapmasını sağlar. ▫ Dezavantajı, makine uzun bir süre boyunca aynı yönde sapma yaşarsa, türbine giden akım taşıyan kablolar bükülebilir. ▫ İki tipte geçmişte kullanılmış, bir trendden söz edilemez. Fakat şu anda rüzgara karşı rotor konfigürasyonu daha yaygın.

173

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Yatay-Dikey Eksen: ▫ Klasik yatay eksen Danimarka makinesinde, kanatların dönüş ekseni yatay eksende zemine ve rüzgarın yönünde paraleldir. ▫ Günümüzde inşa edilen rüzgar türbinlerinin çoğunda kullanılan bu sistem, kanatların baştan sona hareketi ile uygun maliyetli türbin yapımı, kurulumu ve kontrolü sağlar. ▫ Dikey eksenli Darrieus makinesi başka avantajlara sahiptir. ▫ Tümyönlüdür, kendisini sürekli rüzgar yönüne çevirme için sapma mekanizmasına ihtiyacı yoktur.

174

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Dikey sürücü şaftı, yapıyı kolaylaştırırak zemindeki elektrik jeneratörünün ve şanjmanın kurulumunu basitleştirir. ▫ Eksi yönü, tepesinde destek amaçlı kalın kablolar eklenmiş olmasıdır. Bu kablolar deniz aşırı yerlerde uygulamasını kısıtlar. ▫ Genel olarak, çıkış gücü yüksek rüzgarlarda kanadın baştan sona hareketini değiştirerek kontrol edilemediği için kullanımı pek yaygın değildir.

175

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Rüzgara Karşı veya Rüzgar Yönünde Rotor:

▫ Rüzgar yönünde (downwind) rotor, rüzgarın kule önünde biraz kesilmesinden dolayı daha az güç üretecektir. ▫ Başka bir yönden, serbest sapma sisteminin kullanılmasına olanak tanır. Ayrıca, yüklenildiğinde kanatların kuleden dışarı doğru sapmasını sağlar. ▫ Dezavantajı, makine uzun bir süre boyunca aynı yönde sapma yaşarsa, türbine giden akım taşıyan kablolar bükülebilir. ▫ İki tipte geçmişte kullanılmış, bir trendden söz edilemez. Fakat şu anda rüzgara karşı rotor konfigürasyonu daha yaygın.

176

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Enerjisi Çevrimi:

▫ MW seviyesindeki rüzgar türbinlerinin dönme hızı 10-15 rpm’dir. ▫ Modern rüzgar türbin sisteminde, her türbin kendi trafosuna sahiptir ve bu trafolar rüzgar türbini gerilim seviyesinden (400V veya 690V), OG seviyesine gerilimi yükseltmekle görevlidir.

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ

177

GE=Güç Elektroniği DF= Çift Beslemeli

178

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Güç Elektroniği Ekipmanlarının Gelişimi:

179

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Güç Elektroniği Çeviricileri:

180

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Güç Elektroniği Çeviricileri: ▫ VSC’nin Bi-directional Aktif ve Reaktif Güçleri ▫ a) AC sistemden çevirici DC tarafına aktif güç akışı ▫ b) Çevirici DC taraftan AC sisteme aktif güç akışı

181

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Güç Elektroniği Çeviricileri: ▫ VSC’nin Bi-directional Aktif ve Reaktif Güçleri ▫ c) Çevirici reaktif güç üretiyor ▫ d) Çevirici reaktif güç tüketiyor

182

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Endüksiyon ve senkron jeneratörlerin ikisi de kullanılabilir. ▫ Endüksiyon jeneratörleriSabit hızlı sistem Değişken hızlı sistem ▫ Senkron jeneratörler Güç elektroniği arayüzlü değişken hızlı sistemler

183

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Kullanılan endüksiyon jeneratörü tipleri:  Rotor direncini değiştirerek kayma kontrollü kafes rotor  Rotor direncini değiştirerek kayma kontrollü sargılı rotor  Çift beslemeli endüksiyon jeneratörleri

184

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbinleri ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri

185

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbininin başlatılması  Başlangıcı gösteren devre şeması:

186

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbininin başlatılması  2MW lık bir endüksiyon makinesinin direk başlatılması süresince elektromanyetik tork ve şaft hızı

187

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbininin başlatılması  2MW lık yumuşak başlangıç beslemeli endüksiyon makinesinin başlatılması süresince elektromanyetik tork ve şaft hızı

188

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbinleri  Pitch kontrol (Sistem I)

189

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbinleri  Stall kontrol (Sistem II)

190

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Sabit hızlı rüzgar türbinleri  Aktif stall kontrol(Sistem III)

191

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Kısmen nominal güç elektronikli değişken hızlı rüzgar türbinleri  Sargılı rotorlu endüksiyon jeneratörlü(Sistem IV)

192

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Kısmen nominal güç elektronikli değişken hızlı rüzgar türbinleri  Çift beslemeli endüksyion jeneratörlü(DFIG)(Sistem V)

193

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Kısmen nominal güç elektronikli değişken hızlı rüzgar türbinleri  Dinamik kayma kontrollü sargılı rotora sahip endüksiyon jeneratörü (Tork ve hız karakteristiği)

194

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Tam ölçekli güç elektroniği çevirici entegre sistemler  Mekanizmalı endüksiyon jeneratörü(Sistem VI)

195

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Tam ölçekli güç elektroniği çevirici entegre sistemler  Mekanizmalı senkron jeneratör(Sistem VII)

196

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Tam ölçekli güç elektroniği çevirici entegre sistemler  Çok kutuplu senkron jeneratör(Sistem VIII)

197

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri: ▫ Değişken hızlı rüzgar türbinleri  Tam ölçekli güç elektroniği çevirici entegre sistemler  Permanent magnet çok kutuplu senkron jeneratör(Sistem IX)

198

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemleri Piyasa Oranları: Türbin Konsepti

Dünyadaki Piyasa Oranı (%)

Sabit Hızlı (Stall veya Aktif Stall Şanjman)[Sistem I,II,III]

23

Dinamik Kayma Kontrollü (Sınırlandırılmış değişken hızlı, Pitch kontrollü şanjman)[Sistem IV]

11

Çift Beslemeli Jeneratör (Değişken hızlı çalışma, Pitch kontrollü şanjman)[Sistem V]

50

Doğrudan sürülmüş (Değişken hızlı çalışma, Pitch kontrollü)[Sistem VIII]

16

199

• Rüzgar Türbinlerinin Jeneratör Sistemlerinin Kontrolü:

200

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Tam Nominal Güç Elektroniği Arayüzlü Rüzgar Türbin Sistemleri

201

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Değişik Rüzgar Türbinlerine Dayanan Rüzgar Santrallerinin Elektriksel Topolojisi: ▫ AC Şebekeli DFIG Sistem(Park A)

202

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Değişik Rüzgar Türbinlerine Dayanan Rüzgar Santrallerinin Elektriksel Topolojisi: ▫ AC Şebekeli Endüksiyon Jeneratörü(Park B)

203

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Değişik Rüzgar Türbinlerine Dayanan Rüzgar Santrallerinin Elektriksel Topolojisi: ▫ Genel DC Baralı Hız Kontrollü Endüksiyon Jeneratör ile Aktif ve Reaktif Gücün Kontrolü(Park C)

204

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Değişik Rüzgar Türbinlerine Dayanan Rüzgar Santrallerinin Elektriksel Topolojisi: ▫ Genel AC Şebekeli Hız Kontrollü Endüksiyon Jeneratörü ve DC İletim(Park D)

205

• Topolojilerin Karşılaştırılması: SANTRAL KONFİGÜRASYONLARI

PARK A

PARK B

PARK C

PARK D

Özel Hız Kontrolü

Evet

Hayır

Evet

Hayır

Aktif Gücün Elektronik Kontrolü

Evet

Hayır

Evet

Evet

Reaktif Gücün Kontrolü

Evet

Merkezi

Evet

Evet

Kısa Devre (Aktif)

Kısmen

Kısmen

Evet

Evet

Kısa Devre Gücü

Katkılı

Katkılı

Hayır

Hayır

10-100ms

200ms-2s

10-100ms

10 ms’den 10s’ye

Standby Fonksiyonu

Evet

Hayır

Evet

Evet

Yumuşak Başlangıç İhtiyacı

Hayır

Evet

Hayır

Hayır

Şebeke Üzerinden Çekme Kapasitesi

Evet

Kısmen

Evet

Evet

Fazlalık

Evet

Evet

Hayır

Hayır

Yatırım

+

++

+

+

Bakım

+

++

+

+

Band Genişlik Kontrolü

++ Daha Ucuz, + Daha Pahalı

206

MODERN RÜZGAR TÜRBİNLERİ İÇİN GÜÇ ELEKTRONİĞİ • Rüzgar Türbinlerinin Güç Sistemlerine Entegrasyonu: ▫ Gereklilikler  Frekans ve Aktif Güç Kontrolü  Kısa Devre Güç Seviyesi(Sistemin gücünü gösterir) ve Gerilim Varyasyonları  Reaktif Güç Kontrolü  Sistem Geriliminde Kırpışma (Flicker)  Harmonikler(THD ve özel harmonikler sistem gereksinimlerini karşılamalı)  Stabilite

207

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çevresel Bakış: ▫ ▫ ▫ ▫

Gürültü Elektromanyetik karışıklık (EMI) Kuşlar üzerindeki etkiler Diğer etkiler

• Potansiyel Felaketler: ▫ Yangın  Yıldırım çarpması  İç hata

▫ Deprem

208

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Teknolojik Gelişmeler:

209

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Dünya Rüzgar Enerjisi 2009 raporuna göre: ▫ Eklenen 38312MW ile toplam kapasite dünyada 159213MW oldu. ▫ 2001’den beri en yüksek artış oranı ile rüzgar enerjisi kullanımı %31.7 arttı. ▫ Çin, 13800MW ▫ Amerika, 26000MW ▫ Yeni kurulum:  Asya %40,4  Kuzey Amerika %28,4  Avrupa %27,3

210

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Latin Amerika, Brezilya ve Meksika önderliğinde kurulu kapasitesini iki katına çıkardı. ▫ Türkiye bir önceki yıla göre %132 artırdı.(Ülkeler klasmanında en yüksek oran)

211

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Toplam Kapasite:

▫ 12 ülke 100-500MW arası orta ölçekli türbin piyasasına sahip oldu: Türkiye,Avustralya, Danimarka, Meksika, Brezilya, İrlanda, Polonya, Japonya, Yeni Zelanda, Belçika, Güney Kore ve Yunanistan

212

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Deniz aşırı rüzgar türbinleri:

213

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

▫ Kıtasal Dağılım:

214

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Trendler: ▫ Küçük Ölçekli Rüzgar Sistemleri:     

Genellikle müşteri talepli kullanılıyor. Amerika üretimde lider. Ev, çiftlik ve küçük çaplı iş yerleri 100 kW veya daha az kapasite 2010’da %18-20 artış

215

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ Sistem Dizaynı Trendleri:  Araştırma trendleri:  Enerji yakalamayı artırmak ve akustik etkileri azaltmak için Aerodinamikler  Rüzgarın doğasını anlamak için akışı ve türbülansı  Prototip ihtyacını minimuma indirmek için yapısal dinamik modelleri  Enerji yakalamayı, yükleri azaltmayı ve kararlığı sürdürme kontrolleri  Kuleler uzadıkça ve makine ölçeği büyüdükçe oluşacak zorluklar

216

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri ▫ 2020’ye kadar:

217

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ 2020-2035 arası:  İki ana konu var:  Deniz aşırı yönelim  Yavaş hızlı rüzgar türbinlerinin gelişimi ve türbin dizaynı

 Deniz aşırıda kapasitelerin artmasına rağmen, yine de karadakileri geriden takip edecek  Deniz aşırıda maliyetin azaltılması üzerine çalışılacak  Karadaki sistemlerin düşük hızla çalışabilmesi için rotor boyutlarının büyütülürken aynı zamanda hafifletilmesi üzerine çalışılacak

218

RÜZGAR ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ ▫ 2035 sonrası

 Dikey rüzgar türbinleri tekrar düşünelebilir  Balon veya uçurtma kullanarak yüksek rakımda üretim için anlaşma konseptleri aranabilir  Özellikle deniz aşırı sistemler olmak üzere, ekipmanların geliştirilmesi devam edecek  Sabit deniz aşırı santrallerin tecrübe kazandığı doğrulandığında, yüzen santraller düşünülebilir

219

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ  JeoYeryüzü  TermalIsı  Yer kabuğunda bulunan kaya ve sıvı formdaki ısı enerjisidir.  İlk santral 1904’te Larderello’da açıldı. (Toskana, Kuzey İtalya)

220

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ  II.Dünya Savaşı’ndan sonra ekonomik anlamda diğer enerji dalları ile yarışmaya başladı.  20-25 yıl boyunca, dünyadaki jeotermal enerjiye dayalı elektrik üretimi kayda değer şekilde artış gösterdi.  1975 1300MWe  200710000MWe  Bu 9000MWe lık artış, 100MWe tan fazla üretim yapan 20 siteden gelmektedir.

221

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

222

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hidrotermal Jeotermal Kaynak Modeli: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫

Geniş bir ısı kaynağı Geçirgen bir rezervuar Su kaynağı Üst katmanın su veya hava geçirmez olması Güvenilir yeniden dolum mekanizması

223

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Diğer Tipteki Jeotermal Kaynaklar: ▫ Gelişmiş Jeotermal Sistemler (EGS)[Sıcak Kuru Kaya] ▫ Yerbasıncı(Geopressure) ▫ Mağma Enerjisi

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

▫ Gelişmiş Jeotermal Sistemler (EGS)[Sıcak Kuru Kaya]  Dünya çapındaki EGS projeleri Ülke

Lokasyon

Tarih

ABD

Fenton Hill, New Mexico

1973-1996

Birleşik Krallık

Rosemanowes

1977-1991

Almanya

Bad Urach

1977-1990

Japonya

Hijiori

1985-?

Japonya

Ogachi

1986-?

Fransa

Soultz

1987-?

İsviçre

Basel

1996-?

Avustralya

Hunter Valley

2001-?

Avustralya

Cooper Basin

2002-?

224

225

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Jeotermal Güç Santralleri: ▫ Jeotermal güç santralleri, yeryüzünden aldığı doğal sıcak su ve buharı kullanarak türbini döndürür ve elektrik üretir

226

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

• Jeotermal Güç Santralleri:

▫ Üretim kuyularından gelen doğal buhar türbin jeneratörünü besler. Sonra soğutma kulelerinde yoğunlaştırılan buhar, enjeksiyon kuyularına geri gönderilir. Böylece sürdürülebilirlik sağlanmış olur.

227

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Jeotermal Güç Santralleri: ▫ ▫ ▫ ▫

Kuru Buhar Güç Santralleri Flaş Buhar Güç Santralleri İki Döngülü Güç Santralleri Hibrit Güç Santralleri

228

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Jeotermal Güç Santralleri: ▫ Kuru Buhar Güç Santralleri  İlk açılan jeotermal santrallerdir.  En basit, en ekonomik ve en yaygın olandır.  Jeotermal buharın su ile karışmadığı yerlerde kurulurlar.  İtalya ve Amerika en büyük kuru buhar santrallerine sahiptirler.

229

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

230

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Geysers, Kaliforniya: ▫ Amerika’daki ilk jeotermal güç santrali. ▫ 1962’de hizmete girdi. ▫ Dünyadaki en büyük üretimi yapan jeotermal alan. ▫ 20 santral şu anda hala Geysers’te çalışmakta. ▫ Çevre şehirlerin atık suları Geysers in sistemini beslemekte. ▫ Çevresel güvenlik sağlıyor.

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Geysers, Kaliforniya:

231

232

• KURU BUHAR GÜÇ SANTRALİ AKIŞ DİYAGRAMI

PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, PR: Partikül Çıkarıcı, SP: Buhar Borulaması, MR: Rutubet Çıkarıcı, CSV: Kontrol ve Stop Valfleri, SE/C: Buhar Çıkarıcı/Yoğunlaştırıcı, T/G: Türbin/Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CP: Yoğunlaştırma Pompası, CT: Soğutma Kulesi, CWP: Soğutucu Su Pompası, IW: Enjeksiyon Kuyuları

233

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Flaş Buhar Güç Santralleri ▫ Hidrotermal kaynak sıvı formdadır. ▫ Sıvı, düşük basınçlı flaş tankı içerisine sprey gibi sıkılır ve sıvı burada buharlaşır(flaş işlemi). ▫ Gerisi kuru buhar santrallerdeki prosedürün aynısıdır. ▫ 10-55MW aralığındadır. ▫ Bazı ülkelerde 20MW standardındadır. ▫ Yeni Zelanda’da keşfedilmiştir.

234

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Flaş Buhar Güç Santralleri

235

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK • Batı Mesa, Kaliforniya ÜRETİMİ

236

• FLAŞ BUHAR GÜÇ SANTRALİ AKIŞ DİYAGRAMI

S: Susturucu, PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, CS: Siklon Ayırıcı, BCV: Top Kontrol Valfi, SP: Buhar Borulaması, MR: Rutubet Çıkarıcı, CSV: Kontrol ve Stop Valfleri, SE/C: Buhar Çıkarıcı/Yoğunlaştırıcı, T/G: Türbin/Jeneratör C: Yoğunlaştırıcı, CP: Yoğunlaştırma Pompası, CT: Soğutma Kulesi, CWP: Soğutucu Su Pompası, IW: Enjeksiyon Kuyuları, WP: Su Borulama

237

• DUBLE-FLAŞ BUHAR GÜÇ SANTRALİ AKIŞ DİYAGRAMI

S: Susturucu, PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, CS: Siklon Ayırıcı, BCV: Top Kontrol Valfi, TV: Gaz Kesme Valfi, F: Flaşör, SP: Buhar Borulama, MR: Rutubet Çıkarıcı, CSV: Kontrol ve Stop Valfleri, SE/C: Buhar Çıkartıcı/Yoğunlaştırıcı, T/G: Türbin/Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CP: Yoğunlaştırma Pompası, CT: Soğutma Kulesi, CWP: Soğutucu Su Pompası, IW: Enjeksiyon Kuyusu, WP: Su Borulama

238

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • İki Döngülü Güç Santrali ▫ İki döngülü güç santralinde, jeotermal sudan alınan ısı ayrı bir borudaki çalışma sıvısını buharlaştırmak için kullanılır. ▫ Sonra bu buhar, türbini döndürüp elektrik üretmek için kullanılır. ▫ Sonra bu buhar, soğutma kulelerinde soğutularak tekrar ısı atarıcıya gönderilir ve çalışma sıvısı döngüsü oluşturulur. (Döngü II) ▫ Isı aktarıcısı ile etkileşim halinde bulunan su ısı kaybederek tekrar jeotermal su yüzeyine enjekte edilir ve sürdürülebilirlik sağlanır. (Döngü I)

239

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • İki Döngülü Güç Santrali

240

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • İki Döngülü Güç Santrali

241

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • İki Döngülü Güç Santrali ▫ İlk iki döngülü jeotermal santral Rusya’nın Kamchatka yarımadası üzerindeki Petropavlovsk şehri yakınında Paratunka’da hizmete girdi.670kW ▫ Şu anda en çok kullanılan santral tiplerinden. ▫ 2004 yılı Temmuz’unda 16 ülkeden yaklaşık 274MW üretim yapan 155 santral çalışır durumdaydı.

242

• İKİ DÖNGÜLÜ GÜÇ SANTRALİ AKIŞ DİYAGRAMI

P: Kuyu Pompası, PW: Üretim Kuyusu, SR: Kum Çıkarıcı, E: Buharlaştırıcı, PH: Önceden Isıtma, IP: Enjeksiyon Pompası, CSV: Kontrol ve Stop Valfleri, FF: Son Filtre, T/G: Türbin/Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CP: Yoğunlaştırma Pompası, CT: Soğutma Kulesi, CWP: Soğutucu Su Pompası, IW: Enjeksiyon Kuyusu, M: İlave Su]

243

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Güç Santralleri: ▫ Tek-Flaş ve Duble-Flaş Sistemler  Sistemlerin Entegrasyonu  Kombine Sistem

▫ Hibrit Flaş-İki Döngülü Sistemler  Kombine Santraller  Entegre Flaş-İki Döngülü Santraller

244

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Güç Santralleri: ▫ Tek-Flaş ve DubleFlaş Sistemler  Sistemlerin Entegrasyonu

PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, CS: Siklon Ayırıcı, BCV: Top Kontrol Valfi, WP: Su Borulama, F: Flaşör, SP: Buhar Borulama,CSV: Kontrol ve Stop Valfleri, SE/C: Buhar Çıkarıcı/Yoğunlaştırıcı, T/G: Türbin/Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CP: Yoğunlaştırma Pompası, CW: Soğutucu Su, IW: Enjeksiyon Kuyusu, OP: Delikli Plaka

245

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Güç Santralleri: ▫ Tek-Flaş ve DubleFlaş Sistemler  Kombine Sistem

PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, CS: Siklon Ayırıcı, BCV: Top Kontrol Valfi, HPF:Yüksek Basınçlı Flaş Tankı, SP: Buhar Borulama, OP: Delikli Plaka, LPF: Düşük Basınçlı Flaş Tankı, SE/C: Buhar Çıkarıcı/Yoğunlaştırıcı, T/G: Türbin/Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CP: Yoğunlaştırma Pompası, IW: Enjeksiyon Kuyusu, WP: Su Borulama, CW: Soğutucu Su

246

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Güç Santralleri: ▫ Hibrit Flaş-İki Döngülü Sistemler  Kombine Santraller

PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, CS: Siklon Ayırıcı, BCV: Top Kontrol Valfi, WP: Su Borulama, SP: Buhar Borulama, ST: Buhar Türbini, G: Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CW: Soğutucu Su, CP: Yoğunlaştırma Pompası, E: Buharlaştırıcı, PH: Önceden Isıtıcı, IP:Enjeksiyon Pompası, BT: İkincil Türbin, IW: Enjeksiyon Kuyusu,f: Doymuş Sıvı, g: Doymuş Buhar

247

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Güç Santralleri: ▫ Hibrit Flaş-İki Döngülü Sistemler

 Entegre Flaş-İki Döngülü Santraller

PW: Üretim Kuyusu, WV: Kafa Valfi, CS: Siklon Ayırıcı, BCV: Top Kontrol Valfi, WP: Su Borulama, SP: Buhar Borulama, ST: Buhar Türbini, G: Jeneratör, C: Yoğunlaştırıcı, CW: Soğutucu Su, CP: Yoğunlaştırma Pompası, E: Buharlaştırıcı, PH: Önceden Isıtıcı, IP:Enjeksiyon Pompası, BT: İkincil Türbin, IW: Enjeksiyon Kuyusu,f: Doymuş Sıvı, g: Doymuş Buhar, BHT: Tuzlu Su Tutma Tankı, NCG: Yoğunlaşmayan Gazlar, GC:Gaz Sıkıştırıcı

248

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Jeotermal Enerjinin Faydaları  Jeotermal enerji bolca bulunan, güvenilir, doğru kullanıldığında da yenilenebilir bir enerji tipidir.  Modern jeotermal santraller, en temiz fosil yakıtlı santrallerden %0.2 den daha az CO2, %1 den daha az SO2 ve %0.1 den daha az partikül yayarlar.  Yaygın santrallerle karşılaştırdığımızda jeotermal santraller çok daha güvenlidir ve yüksek kapasite faktörü ile çalışırlar.  Çok küçük kurulum alanı gerektirirler.

249

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Trendler:  Gelişmiş Jeotermal Sistemler(Enhanced Geothermal Systems)[EGS]

250

JEOTERMAL ENERJİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelecek Beklentileri: ▫ 2020’ye kadar:  Kısa dönemde yaygın aktarım teknolojileri değişmeyecek.  Drenaj ve güç çevrim teknolojilerinde maliyet azalması sağlanılacak, güvenilirlik artacak.

▫ 2020-2035 arası:  Drenajda daha derinlere inilebilecek.

▫ 2035 sonrası:  5 km ye kadar derinliğe inilebilecek ve sistemin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşılacak.

251

OKYANUS ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Okyanustaki yenilenebilir enerji çeşitleri:

▫ Gelgit Enerjisi (Tidal) ▫ Dalga Enerjisi (Wave) ▫ Okyanustan Isı Çevirimi (OTEC)

252

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Sürdürülebilir enerji geleceğinde büyük rol oynaması bekleniyor. • Gelgit Barajları: ▫ 1967’de, Fransa’da La Rance gelgit barajının yapılması bu tarz sistemlerin önünü açtı. ▫ Güvenilir bir kaynak. ▫ Gelgitin kanıtlanmış başarıya sahip potansiyel enerjisini kullanıyor. ▫ Çevresel örgütler karşı çıkıyor.

• Gelgit Akıntıları: ▫ Gelgit akıntıları ile de çalışan sistemler mevcut. ▫ Burada gelgitin kinetik enerjisi kullanılıyor. ▫ Çok popüler olmasına rağmen, ekonomik açıdan çok pahalı.

253

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelgit Barajları ▫ Gelgitin potansiyel enerjisi kullanılır. ▫ Tipik bir barajdır. ▫ Gelgit mesafesi 5m den fazla olan koy ve haliçlere karşı kurulurlar. ▫ Normalde hidroelektrik üretimdeki sistemin aynısıdır. Tek fark, gelgit akımlarının çift yönlü olmasıdır. ▫ Standart bir gelgit barajı:  Türbinler  Tek yönlü veya çift yönlü çalışabilirler.  Hazneli türbin, Straflo türbin, Çıkıntı türbin, Borulu türbin kullanılabilir.

 Kanal kapakları  Bentler  Gemi kilidinden oluşurlar.

254

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelgit Barajları ▫ Tek havzalı gelgit barajları  Cezir üretimi(Suyun çekilmesi)  Med üretimi(Suyun taşması)  Çift yönlü üretim

▫ Çift havzalı gelgit barajları

255

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • La Rance, Fransa ▫ 240MW ile en büyük gelgit baraj güç santralidir. ▫ 1961-1967 arasında inşa edildi. ▫ Kuzeybatı Fransa’daki Brittany bölgesinde Rance nehri üzerindedir. ▫ 720 m lik barajın haliçi 22 km2 lik bir alan kaplamaktadır. ▫ Tipik 5 m lik hidrostatik başlı 24 tane tersinir 10MW lık hazneli türbine sahiptir. ▫ Çalışma moduİki yönlü üretim(Pompalı depolama) ▫ Denizden havzaya pompalanan gelgitlerle oluşan suyun çekilmesi ile çalışır. (Enhanced Ebb Generation) ▫ Yaklaşık olarak yıllık 480 GWh net güç üretir.

256

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Gelgit akıntıları ▫ Hareketli suyun kinetik enerjisini türbinlere aktararak elektrik üretir. ▫ Rüzgar enerjisi teknolojisine yakın bir teknolojidir. ▫ Su, havadan 832 kat daha yoğun olduğu için, gelgit akıntı türbinleri rüzgar türbinlerinden moment ve kuvvetleri daha fazladır. ▫ Çift yönlü çalışmak zorundadır.(Ebb, flood) ▫ Elektrik üretmediği zamanlarda, kendi yapısal yüklerine dayanabilmelidir.

257

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Yatay eksenli türbin

▫ Dikey eksenli türbin

▫ Doğrusal taşımaya dayanan cihaz

258

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ DeltaStream Türbin  1.2 MW lık cihazda 3 tane, 3 kanatlı, yatay eksenli türbin vardır.  Her bir türbin çapı 15 m dir.  Üçgen çerçevelidir.  Düşük merkezi yerçekimi ile yapısal stabilitiye sahiptir.

259

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Evopod Gelgit Türbini    

5 kanatlı, Yatay eksenli, Yüzen yapıdadır. Deniz tabanına demirlidir.

260

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Serbest akış türbinleri

4.68 m çaplı, Yatay eksenli, 3 kanatlıdır. Prototipi New York’un East Nehrinde test edilmektedir.  Günlük 1MWh elektrik üretmektedir.  Üretici şirket Verdant Power Ltd., 2008 yılında Kanada Sürdürülebilir Gelişim Teknolojisinden Cornwall Ontario Nehri enerji projesini gerçekleştirmek için 1.15 milyon dolarlık anlaşma imzaladı.    

261

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Gorlov Sarmal Türbin  Darrieus rüzgar türbini tabanlı, dikey eksenli türbine sahiptir.  3 zigzag lı kanat, sarmal oluşturmaktadır.  Titreşimi azaltan, efektif bir model geliştirilmiştir.  1 m çaplı ölçek model, 2002 de test edildi.

262

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri:

▫ Lunar Enerji Gelgit Türbini  Yatay eksenlidir.  11.5 m çaplı, 1MW lık bidirectional türbine sahiptir.  Kanal uzunluğu 19.2 m ve kanal çapı 15 m dir.  Ayrıca sistem hidrolik motor ve jeneratöre sahiptir.  Kanal, akıntıdan elde edilen enerjiyi maksimize etmek için kullanılır.  Lunar Energy Ltd, Kore körfezi açıklarına 300 gelgit türbini kurmak için 500 milyon pound luk bir anlaşma imzaladı.

263

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Neptune Gelgit Akıntı Cihazı  2.4 MW lık üretim kapasitesine sahiptir.  İkiz, 3 kanatlı, yatay eksenli türbinler tek direk üzerine montelidir.  Çift yönlü çalışmaktadır. (Ebb and flood)  12 Ocak 2009’da, ABB bu cihazın elektriksel sistemini devreye alacağını duyurdu.

264

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Nereus ve Solon Türbinleri  Nereus Türbini    

Sığ sularda çalışır. Yatay eksenlidir. Avustralya’da şebekeye bağlanmıştır. 400 kW lık enerji üretir.

 Solon Türbini  Derin sularda çalışır.  Kanallı, yatay eksenlidir.  500 kW kapasitelidir.

265

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Açık merkezli türbin  Yavaş hareket eden 6m çaplı rotor, bir statör, bir kanal ve bir jeneratöre sahiptir.  Birleşik Krallık’ta ilk şebeke bağlantılı sistemi, bu türbine sahip Open-Hydro Ltd kurmuştur.  250 kW lık sistemin toplam maliyeti 5 milyon euro dur.

266

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Pulse Gelgit Hidrofoil  Sığ sularda çalışabilmektedir.  2008 de Kuzey İngiltere’deki Humber haliçine kurulması kararlaştırıldı.  Dizayn aşamasında.

267

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ SeaGen

 1.2 MW kapasitelidir.  Deneme sürümü Kuzey İrlanda’da Strangford Lough’ta şebekeye bağlandı.  Bir çift iki kanatlı, yatay eksenli, 16 m çaplı rotora sahiptir.  Rotor, jeneratörü sürerken şaftın dönüş hızını artırmak için şanjmana bağlanmıştır.  Rotor pitch kontrollüdür.  Çift yönlü çalışır.  1.2MW tam güç elde ettiği, 2009da kanıtlanmıştır.

268

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Stingray Gelgit Enerji Çeviricisi:  Akan suyun kinetik enerjisini hidrolik güce çevirir.  Birden çok, geniş su-eksenli ekipmanların paralel bağlanması ile oluşturulur.  2002 de 150 kW lık prototip, İngiltere’de Shetlend açıklarına yerleştirildi, fakat birkaç hafta sonra geri sökülerek üretim durduruldu.

269

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Gelgit Örgülü Davis Su Türbini:  Dikey eksenli gelgit akım türbinlerinin bir araya gelmesi ile oluşturulur.  Rotora bağlı, jeneratörü şanjman aracılığıyla süren, 4 sabit hidrofoil kanat vardır.  Nehirden(5-500 kW), okyanusa(200-8000MW) çok çeşitli kullanımlara uygundur.

270

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ TidEl Akıntı Jeneratörü  15 m çaplı ters yönde dönen 500 kW lık 2 rotora sahiptir.  Deniz zeminini demirleme zincirleri ile bağlanmış olup, şamandıralıdır.  Demirleme sistemi akıntı yönünde hizalanmayı kolaylaştırır.

271

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Temel gelgit türbin çeşitleri: ▫ Gelgit Akıntı Türbini  300 kW lık, 3 kanatlı, yatay eksenlidir.  Dünyanın ilk şebeke bağlantısı gerçekleştirilen gelgit türbinidir.(Kasım 2003, Norveç)

272

GELGİT ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Mevcut durum: ▫ Gelgit Baraj Sistemleri  Gelgit baraj sistemlerinin gelişimi yüksek inşa maliyetleri ve çevresel etkileri yüzünden sınırlandırılmıştır.

▫ Gelgit Akım Sistemleri  Kurulumdaki sıkıntılar, bakım, elektrik iletimi, yük koşulları ve çevresel etkiler yüzünden gelgit akıntı sistemlerinin gelişimleri de kısıtlanmıştır.

273

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

• Dalgalar rüzgarların, doğrudan olmasa da güneşin bir sonucudur. • İki ana çeşit: ▫ Osile eden dalga kolonu (OWC)600kW ▫ TAPCHAN350kW

• Son yıllarda popülaritesi giderek artıyor.

274

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Dalga Kaynakları ▫ Dünya dalga gücü kaynaklarının toplam potansiyeli yaklaşık olarak 2-5 TW olarak düşünülüyor. ▫ Bunlar 40 m den daha derin kıyıdan uzaktaki bölgeler ve güç yoğunluğu dalga çarpışına 50-70kW/m olarak baz alınıyor. ▫ Kuzey Atlantik’teki 3-4 m yüksekliğe ve 150-200m dalga boyuna sahip dalgalar dünyadaki en büyük potansiyele sahip olanlar. ▫ Bu yüzden Batı Avrupa kıyıları, dalga enerjisi ile elektrik üretimine oldukça elverişli.

275

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Teknolojiler ▫ Derinliklerine göre:  Kıyı kenarı (Shore-line)  Kıyıdan biraz uzakta(Near-shore)  Kıyıdan uzakta(Offshore)

276

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ Teknolojiler

Osile eden dalga kolonları(Hava türbinli)

Sabit yapılılar

Yüzenler

Osile eden gövdeler(Hidrolik motorlu, Hidrolik türbinli ve Doğrusal Elektrik Jeneratörlü)

Yüzenler

Batık olanlar

Yüzenler(Düşük başlı hidrolik türbinli)

Sabit yapılılar

Yüzen yapılar(Yoğunlaşm alı)

İzole olanlar

Çevirme Gerekliliği Bulunanlar(Yukarı Çekilen)

Çevirme Gerekliliği Bulunanlar(Yukarı Çekilen)

Kıyı kenarı (Yoğunlaşmalı)

Dalgakıranlılar

Döndürme Gerekliliği Bulunanlar

Döndürmeli (Alttan menteşeli)

Dalgakıranlı(Yoğun laşmasız)

277

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 3x750kWlık Pelamis Dalga Santral, Kuzey Portekiz

278

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Temel ünite:  Nokta emicili doğrusal jeneratör

279

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şekilleri:  Sistem 1

280

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şekilleri:  Sistem 2

281

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şekilleri:  Sistem 3

282

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şekilleri:  Sistem 4

283

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şekilleri:  Sistemlerin Karşılaştırması

284

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şemaları:  Temel üniteden kıyıya giden bir kablo

285

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şemaları:  Santralden kıyıya bir kablo

286

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şemaları:  Gruptan kıyıya giden bir kablo

287

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Doğrusal Jeneratörler ▫ Bağlantı şemaları:  Alt gruplardan ve gruplardan kıyıya giden bir kablo

288

DALGA ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Dalga Enerjisi; ▫ Dalga enerjisi için geliştirilen enerji sistemleri çok fazla sayıda ve bu rekabetten kimin galip çıkacağı henüz belli olmuş değil. ▫ Son 15 yılda Avrupa’da araştırma geliştirme çalışmalarına hız verilmişti. ▫ Bazı Avrupa ülkeleri teşvik vermeye başladı. (Son birkaç yılda) ▫ Geliştirilmiş konseptleri genellikle ticari platforma taşımak zordur. Bu zorluklar aşıldığında dalga enerjisininde gelişmesi önünde maliyet dışında bir zorluk kalmayacaktır.

289

OTEC İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Okyanus termal enerji çevrimi okyanuslarda meydana gelen sıcaklık farklarını ısı motorunu çalıştırmak için kullanarak elektrik üretir. • Tropikal okyanus yüzeyindeki km2 başına düşen elektrik gücü miktarı 0.19MWe. • Tropikal okyanus üzerinde yüzen OTEC güç santralleri tek düze olarak dağıtılırsa, yüzeyde üretilen toplam enerji 10 milyon MWe’dir.[ Her santral 200MWe net güç üretirse, 20 millik boşluklarla yayılırlarsa]

290

OTEC İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çeşitleri: ▫ Kapalı Döngülü OTEC Santrali ▫ Açık Döngülü OTEC Santrali ▫ Hibrit Döngülü OTEC Santrali

291

OTEC İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çeşitleri: ▫ Kapalı Döngülü OTEC Santrali

292

OTEC İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çeşitleri: ▫ Açık Döngülü OTEC Santrali

293

OTEC İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Çeşitleri: ▫ Hibrit Döngülü OTEC Santrali

294

BİYOKÜTLE ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • 2005 yılında Amerikanın enerji talebinin %10 unu karşılamış9.848MW • Biyokütle teknolojileri: ▫ Gazifikasyon tabanlı biyokütle sistemi ▫ Doğrudan ateşlemeli biyokütle sistemi ▫ Yan ateşlemeli biyokütle sistemi

295

▫ Gazifikasyon tabanlı biyokütle sistemi

296

▫ Doğrudan ateşlemeli biyokütle sistemi

297

▫ Yan ateşlemeli biyokütle sistemi

298

BİYOKÜTLE ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Biyokütle santralleri: ▫ Tahta tabanlı biyokütle santralleri < 50MW ▫ Alan dolumlu gazlı(LFG) biyokütle güç santralleri (0.5-5 MW) ▫ 2007 Aralık itibariyle, Amerika’da 445 LFG projesi çalışır durumda. ▫ 11 milyar kWh yıllık elektrik üretimi ▫ LFG’nin sadece %20 si biyokütle enerjisi ile elektrik üretiminde kullanılıyor.

299

BİYOKÜTLE ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Trend: IGCC Entegre Gazlı Kombine Döngülü Biyokütle Güç Santralleri

300

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Dünyadaki en yaygın yenilenebilir enerji çeşididir. • Yenilenebilir enerji üretiminin %94ünü, ve dünyanın enerji ihtiyaçlarının %20 sini karşılar. • Bunlar yüksek güçlü hidroelektrik santrallerin doğrudan sonucudur. Çünkü, bunlardan bazılarının geçmişi yüz yılı bulmaktadır ve birinin kapasitesi yüzlerce MW tır. • Günümüzde, bazı ülkelerde uygun yer sorunu ve çevresel endişelerle bu büyüklükte santraller yapılmamaktır.

301

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Büyük ölçeklerin santrallerin yerine giderek popülerleşen santraller çok daha küçük çaplıdır. • Bu tarz santraller, ▫ Avrupa0-10 MW ▫ Kanada25 MW ▫ Amerika30MW

• Ayrıca küçük ölçekli santraller de kendi aralarında bölümlenmiştir: ▫ ▫ ▫ ▫

Küçük Mini Mikro Piko

302

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Mesela Fransa’da mikro hidroelektrik aralığı 0-5MW tır. • 2001 yılında dünyanın küçük hidrokapasitesi 37.000MW tı. • 2010 öncesinde %48lik bir büyüme öngörülüyor. • Avrupa’da küçük ölçekli santrallerin hidrokapasitesi 10.300MW’ı aşıyor. Bu miktar, Avrupa elektrik üretiminin %1.7 si, hidroelektrik gücün ise %10’udur. Büyüme potansiyeli yaklaşık 6.000MW’tır. • Bu nedenlerden dolayı, küçük ölçekli santrallerin yenilenebilir enerjinin gelişiminde kayda değer rol oynaması bekleniyor.

303

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hidroelektrik Santral Modelleri ve Kontrolleri:

304

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hidroelektrik Santral Modelleri ve Kontrolleri:

305

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hidroelektrik Barajlar: ▫ Hoover Baraj Gölü,Nevada

306

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hidroelektrik Barajlarda kullanılan ekipmanlar: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫

Baraj (İnşa olarak) Giriş ağzı Türbin Jeneratör Trafo Güç hatları Dışarıya akıntı borusu

• 3 çeşit santral tipi var: ▫ Yüksek barajlar(High head) ▫ Nehir tipi (Run of the river) ▫ Pompa depolu(Pumped storage)

307

SU GÜCÜ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Trend: Mikro Su Gücü Santrali

308

HİDROJEN ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hidrojen: Çok etkili ve temiz bir yakıt. • Yakılması çevreye zarar vermiyor. • Hidrojen kullanılan bir yenilenebilir enerji sistemi, kalıcı ve güvenilir bir sistemdir.

309

HİDROJEN ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ

• Hidrojenin macerası:

310

HİDROJEN ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Kontrol edilebilir yüklü, elektrolizli Hidrojen Dolum istasyonu network’ü.

311

HİDROJEN ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Sistemler:[PV-Hidrojen] ▫ Hidrojensiz

312

HİDROJEN ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Sistemler:[PV-Hidrojen] ▫ Hidrojenli

313

HİDROJEN ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ • Hibrit Sistemler:[RüzgarHidrojen] ▫ Rüzgardan Hidrojen  Minnesota’da gerçekleşen projede, entegre rüzgar-hidrojen sistemi ile hidrojenin elektrolizi amaçlandı.  Rüzgar türbini: Vestas NM 82 (Kapasite: 1.65MW)  Yıllık 5.6 milyon kWh enerji üretimi  Sistem 2005 yılında beri Minnesota Üniversitesine elektrik enerjisi sağlıyor.  Sisteme 400kW lık elektrolizör, hidrojen depolama tankları ve içten yanmalı motor eklenecek.

314

FİNANSAL VE EKONOMİK AÇIDAN YENİLENEBİLİR ENERJİ

• Yıl:2007 Analizleri • Yıl:2020 Analizleri

315

• Yıl:2007

316

• Yıl:2007

Yoğunlaşmış Güneş Gücü

317

Fotovoltaik

• Yıl:2007

318

Rüzgar

• Yıl:2007

319

• Yıl:2020

320

• Yıl:2020

 Jeotermal

321

 Yoğunlaşmış Güneş Gücü

• Yıl:2020

 Fotovoltaik

322

Rüzgar

• Yıl:2020

ELEKTRİK ÜRETİMİ İÇİN YENİLENEBİLİR ENERJİ ARAŞTIRMASI Referanslar: Bu sunumda kullanılan tüm bilgiler, resimler ve diğer materyaller “A Survey on Renewable Energy for Electric Generation” konulu bitirme tezimden alınmıştır. Kasım ZOR