3.1 Proje Geliştirme Süreci ve Rüzgar Enerji Sahası Belirleme

 3.1 Yer Seçimi Yapılan ve Ölçüm Periyodu Tamamlanan Verilerin Değerlendirilmesi

1 yıllık verilerin toplanmasının ardından MGM’den alınan ölçüm sonuç raporu ile Enerji Piyasaları Düzenleme Kurumu’na EPDK’nın istediği belgelerle müracaat edilecektir. Bu müracaata gitmeden önce santral kaç MW olacak, yatırım maliyeti ne olacak, türbin modelleri, ENH uzunluğu, kamulaştırma maliyetleri, arazi kiralama bedelleri, imar planı süreçleri hakkında toplanan verilerin değerlendirilmesi, bu süreçte hazırlanan fizibilite ve modelleme sonucunda yapılacaktır.

3.1.1 Veri Analizi

Aşağıdaki rüzgâr analizinde dikkat edilmesi gereken noktalar ve belirsizlik analizi ile ilgili notlar verilmiştir. İdeal olarak bir sahada enerji tahmini yapabilmek için en az 10 yıllık bir rüzgâr hızı ve yönü verisi gerekir. Bu oldukça zaman alıcı ve yatırım açısından çok da yapıla- bilir olmadığı için bu genellikle uygulanan bir yöntem değildir. Bunun yerine MCP (measure- correlate- predict) metodolojisi kullanılabilir.

MCP yöntemi rüzgâr verilerinin en az 1 yıl aynı anda ölçüldüğü saha ile uzun vadeli bir rüzgâr veri setine sahip uygun bir referans istasyonunu kullanır. Rüzgâr verilerinin eş zamanlı ölçülen kısımları daha sonra iki yerdeki rüzgâr rejimleri arasında bir ilişki kurmak için kullanılır. Son olarak, korelasyon referans istasyondaki uzun vadeli verileri türbin yerinde rüzgâr rejimini elde etmek için kullanılır ve uzun vadeli bir ortalama rüzgâr hızı elde edilir. Mümkün olduğunca rotor yüksekliğine yakın rüzgâr hızı ve yönü verileri en az bir yıl süreyle kaydedilmiş olmalıdır. Rüzgâr koşullarında önemli mevsimsel değişimler olabileceğinden bir yıllık veri gereklidir.

MCP yönteminde kullanılacak referans istasyonunun karşılaması gereken çeşitli kriterler vardır. Referans istasyonu sahaya yakın olmalıdır, kaba bir biçimde basit bir yer yüzeyine sahip bir alanda 10 km’den daha yakın olmalıdır. Daha karmaşık araziler bu mesafeyi önemli ölçüde azaltabilir.

Referans istasyonu, sahadaki ile benzer bir rüzgâr rejimine sahip olmalıdır. Örneğin saha bir kıyıda ise ve günlük deniz-kara etkileri gözleniyorsa o zaman uzun vadeli referans direk için benzer bir etkinin olması önemlidir. Uzun vadede kullanılan verinin tutarlılığı çok önemlidir. İzleme ekipmanlarının maruz kaldığı etkiler göz önüne alınmalı, özellikle ölçüm döneminde herhangi bir ağaç büyümesi ya da inşaat olup olmadığına dikkat edilmelidir. Veri ölçme ve veri saklama koşullarının da tutarlı olması gerekir. Veri dönemi 5 yıldan fazla olmalıdır ama ger- çekte bundan daha kısa süreli olsa da mevcut en iyi veri setleri ile çalışmak gereklidir. Uzun vadeli referans istasyonlarının durumu ve tutarlılığı ülkeler arasında değişmektedir. Eğer uygun ulusal meteoroloji istasyonları yoksa diğer yakın rüzgâr çiftlikleri dikkate alınmalıdır. MCP ayrıca sahadaki direkler arasında da kullanılabilir. Bir direk kalıcı direk olarak inşa edilebilir ve daha sonra ikinci bir direği 6 aydan fazla zaman dönemler için farklı yerlere taşımak mümkündür.

Eş zamanlı veri dönemi için uygulanabilir çeşitli korelasyon yöntemleri vardır. Rüzgâr hızı verisi yöne bağlı ya da yönden bağımsız bazda korele edilebilir veya tüm rüzgâr hızları birlikte dikkate alınır yada yön sektörlerine göre tanımlanmış gruplara ayrılır. Veri setleri kısa ise rüzgâr korelasyon dönemine ait rüzgâr türbini uzun vadeli rüzgâr türbininden büyük ölçüde farklı olabilir.

Basit arazilerde yönsüz korelasyon sonucu daha az sapmalar görülürken karmaşık arazilerde rüzgârın yöne bağlı değişimi daha büyüktür ve yöne bağlı korelasyon gerekir. Veri setleri uzadıkça korelasyon dönemine ait rüzgâr türbinleri uzun dönem rüzgâr türbini ile benzeşecek ve böylece yöne bağlı ve yönden bağımsız korelasyon sonuçları da benzeşecektir. Korelasyon dönemi rüzgâr hızlarının basit bir ortalamasından aylık, saatlik ve 10 dakikalık ortalamalara kadar değişebilir. Hem referans sahanın hem de saha verisinin korelasyondan önce aynı süreyle ortalaması alınmalıdır.

Bir rüzgâr enerji santrali projesinin ön geliştirme evrelerinde, öncelikli olarak araştırılması gereken konu sahanın rüzgâr kaynağı ve sahanın rüzgâr kaynağı ölçümleri sonucunda elde edilen üretim değeri hesaplamalarıdır. Bu sonuçlar, hesaplamaların üzerine kurulduğu verilerin ölçüm süreçleri, ekipman kalitesi ve hesaplama metodolojisine bağlı olarak doğrudan rüzgâr hızı ve doğrudan enerji değerlerine etkileyecek şekilde belirsizlik değerleri içermektedir. Bu belirsizlik değerlerinin, kabul edilebilir seviyelere çekilebilmesi için, alınabilecek bazı önlemler vardır. Önfizibilitede türbin modellemeleri, türbin listeleri, yapılacak olan santralin büyüklüğü, kapasitesi, verimliliği, bağlantı noktası, inşaat kalemleri ve elektrik kalemlerinin ön maliyetlerinin hesaplanması kamulaştırma giderleri kiralama giderleri gibi kalemler göz önünde bulundurularak yapılır. (Bu safahatta günümüz yönetmelikleri ve yarışma koşulları göz önünde bulunduğunda bu işlerin ihale öncesinde netleşmesi gerekmektedir; çünkü yarışma esnasında ne kadarlık bir teklif yapılacağı bu safahatta belli olmaktadır.)

3.2 Rüzgâr Enerji Santrali Üretim Hesaplaması, Belirsizlik Kaynakları ve Güven Sınırları

Rüzgâr çiftliklerinden enerji çıkışını öngörmek için gereken prosedür ile birlikte belirsiz- liklerin analizi ve sunulması için yöntem de belirtilmiştir. Bir dizideki rüzgâr türbinleri bir diğerini etkileyeceği ve ayrıca kendilerinin yer yüzeyindeki konumundan da etkilenecekleri için tahmin edilen üretim teorik etkilenmemiş türbin üretimlerini ifade eden ideal enerji ile ilgili olarak sunulabilir. Burada ideal enerji rüzgâr rejiminin ölçüldüğü yere yerleştirilen tek bir türbinin toplam sayısı ile çarpılması sonucu bulunan sonuçtur.

Hesaplama hem rüzgâr yönü hem de rüzgâr hızının bir fonksiyonu olarak rüzgâr frekans dağılımının değişimini dikkate alır. İdeal enerjinin hesaplanmasında ve sonraki rüzgâr çiftliği hesaplamaların belirlenmesindeki temel konulardan biri, direk yüksekliğindeki rüzgâr rejimini rotor yüksekliğine uyarlarken kullanılan metottur. Rüzgâr hızının yükseklikle değişimi yüzey pürüzlülüğünün şiddetinden ve arazinin topografyasından etkilenecektir.

Bir rüzgâr çiftliğinin enerji üretimini tahmin etmek için tam hesaplama, elektrik kayıplarından, bakımdan ve planlanmamış duruşlardan kaynaklanan kayıplar ve saha topografisi nedeniyle rüzgâr hızındaki değişimleri içerir.

Bu nedenle;

Son terimdeki diğer kayıplar örneğin sevk, buzlanma veya kanat yüzey bozulması sonucunda oluşan verimlilik düşüşleri olabilir. Dizi ve topografik etkileri hesaplamak için hesaplama döngüleri yapılır. Her yön sektörü için, tüm türbinler üzerindeki döngüler her rüzgâr hızı için sırayla yapılır. Hesaplama rüzgâra karşı türbinle başlar ve direk ile bu nokta arasındaki ölçekleme faktörü başlamış rüzgâr hızına uygulanır. İlgili rüzgâr hızı için güç çıkışı, basınç katsayısı ve türbülans yoğunluğu sonra belirlenir ve sonrasında iz parametreleri hesaplanır. Hesaplama daha sonra kalan türbinler için tekrarlanır.

Bir rüzgâr çiftliğinin enerji üretiminin tahmininde uzun vadede ortalama rüzgâr hızının türetilmesinde ve enerji hesaplamalarındaki belirsizlik kaynakları:

• Anemometre Kalibrasyonu
• Anemometre Aşırı Hızlanması
• MCP Yöntemi
• Rüzgâr Modelleme Analizi
• Dizi Kayıpları
• Diğer

Bunların bazıları için belirsizlik standart hata olarak hesaplanacaktır. Diğerlerinde belirsizlik tahmini gerekecektir. Rüzgâr hızı belirsizlikleri enerji üretimi üzerindeki etkilerine dönüştürmek için, enerji hassasiyeti düşük rüzgâr hızı ile enerji tahminini tekrarlayarak olur. Hassasiyet rüzgâr çiftliğine özgüdür ve sahanın rüzgâr hızı özellikleri ve türbin etkileşimlerine bağlıdır. Belirsizlik kaynakları tüm enerji verimi açısından ifade edildiğinde, normalde bağımsız süreçler oldukları varsayılarak birleştirilirler.

Anemometreden kaynaklanan tüm majör ve minör belirsizlik faktörleri göz önüne alındığında toplamda 1,5 – 7 % arasında bir belirsizlik değeri içermektedir. Standart olarak 2 – 3% arası bir değer normal olarak kabul edilebilmelidir. Bu aralığın üzerinde değerler ölçüm siste- minin yeterli kalitede olmadığına dair bir gösterge olarak kabul edilebilir.

Uzun dönem referans verisi ile korelasyondan gelen belirsizlik değerleri genel olarak 0.5 – 7 % arasında seyretmektedir. Bu değerlerin değişimi, referans data ile sahadan alınan datanın arasındaki korelasyon katsayısının ne kadar 1 değerine yakın ya da uzak olmasına bağlı olacak- tır. Türbinler arası yerleşim mesafesinden kaynaklanan iz kaybı belirsizlikleri, enerji değerinin 1 – 2% si; arazi yapısının karmaşıklığı, dikey ve yatay ekstrapolasyon belirsizlikleri net enerji değerinin 0 – 10 %u genel değerleri arasında olmaktadır.

3.2.1 Rüzgâr Ölçümlerinde Muhtemel Hata Oranları ve Üretime Etkisi

Rüzgâr ölçümleri üzerinde birçok parametrelerin etkisi görülmektedir. Ancak rüzgâr ölçüm yeri ve kurulumunun ile ölçüm cihazlarının standartlara uygun kalitede seçimi, bu hata miktarlarını asgari bir seviyeye indirilmesini mümkün kılmaktadır.

Tablo 3.1 Hata Kaynağına Göre Hata Oranları

3.2.2 İz Etkisi

Rüzgâr türbinleri, rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretmek amacıyla kullanılmakta olup türbinden ayrılan rüzgârın taşıdığı enerji, türbine gelen rüzgârın taşıdığı enerjiden daima daha az olmalıdır. Rüzgâr türbini, her zaman rüzgâr yönünden aşağıya doğru rüzgâr perdesi oluşturur. Türbinden yavaşlayarak çıkan türbülanslı rüzgâr, bir rüzgâr kuyruğu şeklinde türbinden ayrılır. Türbin arkasında oluşan rüzgâr etkisine “İz Etkisi” adı verilmektedir. Rüzgâr türbininin arkasında oluşacak izi daha rahat görebilmek amacıyla türbin etrafında dolaşan havaya duman eklenmektedir. (Şekil 3.1) Rüzgâr izi, türbin konuşlandırılmasında önemli bir parametredir. Rüzgâr çiftliklerinde, türbinler arasında oluşabilecek aşırı türbülansı engellemek için türbinler arasında en az üç kanat çapı (3D) kadar mesafe bırakılmaktadır.

3.2.3 Tünel Etkisi

Rüzgâr, yüksek binalar arasından veya dar dağ geçitlerinden geçerken sıkışır ve rüzgârdaki bu sıkışma, rüzgâr hızının önemli derecede artmasına sebep olur. Bu etkiye tünel etkisi denilmektedir. Rüzgâr, açık alanda 6 m/s hızla eserken; doğal tünelde (dağlar arasında) 9 m/s hızla esebilmektedir. Rüzgâr enerjisinin değişkenlerinden biri olan rüzgâr hızının, rüzgâr enerjisini kübik olarak arttırdığı düşünüldüğünde tünel etkisinden yararlanmak, rüzgâr türbininin verimini arttıracaktır. İyi bir tünel etkisi elde edebilmek için tünelin peyzaj içine en uygun olan düz alanların seçilmesi gereklidir. Tepeler çok engebeli ve sert olduğunda bu alanda türbülanslar rüzgâr hızındaki artışın avantajını ortadan kaldırabilir. Bu nedenle türbin kurulmadan önce, alanda rüzgâr parametreleri (rüzgâr hızı, rüzgâr yönü vb.) ölçülerek türbin kurulacak alan doğru belirlenmelidir.

3.2.4 Tepe Etkisi

Rüzgâr türbinleri yerleştirmede sıklıkla uygulanan bir yöntem de türbini tepenin ya da sırtların üstüne yerleştirmektir. Özellikle rüzgârın hâkim yönünde geniş alanlar varsa bu yerleşim daha avantajlıdır. Tepelerde rüzgâr hızı yere göre daha fazladır. Rüzgâr, rüzgâr türbini kanadından geçerken çok düzensizdir. Eğer alan çok dik veya engebeli ise türbülans da göz önünde bulundurulmalıdır. Rüzgâr türbinlerinde oluşan türbülans, türbin verimini ciddi oranda düşürebilmektedir. Ayrıca türbülans, türbinin bakım ve onarım maliyetlerini etkileyerek türbinin öngörülen sürede hizmet verememesine de sebep olabilir. Yapılan araştırmalarda yamaç eğimi 40°’den az olan ve pürüzsüz tepelerin rüzgâr enerjisi üretmek için ideal yerler olduğu tespit edilmiştir. Ancak yamaçlar, türbülans oluşturacak şekilde pürüzlü ve engebeli ise yamaç eğimi 20°’den az olsa bile enerji üretimini olumsuz etkileyebilecek türbülansa sebebiyet verebilir.

Şekil 3.3 İdeal Bir Tepe Üzerinde Rüzgâr Alan Şekil                                                 3.4 Yamaç ve Zirvedeki Akışın Rüzgâr Profilleri