İbrahim ÇELİK, Ceyhun YILDIZ, Mustafa ŞEKKELİ

Deniz üstü Rüzgâr Enerji Santrallerinde Rüzgâr Türbini Çıkış Gücü Hesabında Temel İz Etkisinin Değerlendirilmesi için Bir Model

Deniz üstü Rüzgâr enerjisi santrali (RES) kurulumunda en önemli konulardan birisi de rüzgâr türbinlerinin iz etkisidir. Bu durum RES'in yıllık üretimini düşürmektedir. Bu nedenle RES kurulumunda iz etkisi sonucu meydana gelen üretim kaybı dikkate alınarak RES kurulumu gerçekleştirilmelidir. Günümüzde iz etkisi hesabında birçok yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında basit ve yüksek derecede doğruluğa sahip olan Jensen yöntemi daha çok tercih edilmektedir. Bu çalışmada, iki rüzgâr türbini arasındaki iz etkisi, bir bölgede aynı yükseklikteki değişken rüzgâr hızları ve frekansları için Jensen yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Model, Matris Laboratuvarı (MATLAB) yazılım geliştirme ortamında oluşturulmuştur. Ayrıca oluşturulan modeli doğrulamak için Rüzgâr Atlası Analiz ve Uygulama Programı (WAsP) yazılımı kullanılmıştır. Bu yazılımda iki rüzgâr türbini deniz kıyısında uzakta bir bölgeye yerleştirilmiştir. Bu duruma ilişkin türbinlerin brüt üretim ve net üretim değerleri hesaplanmıştır. MATLAB modeli sonuçları ve ticari olarak kullanılan WAsP modeli sonuçları karşılaştırıldığında yaklaşık olarak aynı üretim değerleri elde edilmiştir. Bu sonuçlar geliştirilen modelin deniz üstü RES’lerde yapılacak hesaplamalarda kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler:

Jensen modeli, İz etkisi, Rüzgar Enerjisi Santrali

A Model for Evaluating the Basic Wake Effect in the Calculation of Wind Turbine Power Output on Offshore Wind Power Plant

One of the most important topics of offshore Wind Power Plant (WPP) installation is the wake effect of the wind turbines on each other. This situation reduces annual energy production of WPP. WPP installation should be performed by considering the loss of production due to the wake effect. Nowadays, many methods are used for calculation of wake effect. Among these methods, the Jensen method is mostly preferred due to the simple and high degree of accuracy. In this study, Wake effect between two wind turbines is modeled by using Jensen method for variable wind velocities and frequencies at the same elevation in a region. The model is formed in the Matrix Laboratory (MATLAB) software development environment. Also, Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) software is used to verify the former model. In this software, two wind turbines are placed in offshore region. In this case, gross and net production values of turbines were calculated. When the results of MATLAB and commercially used WAsP model results were compared, the approximately same production values were obtained. These results show that the developed model can be used in calculations in offshore WPP.

Keywords:

Wake effect, Jensen model, Wind Power Plant,

PDF

___

Asta S., (2013). A. survey on recent off-shore wind farm layout optimization methods, technical report. Nottingham, UK: University of Nottingham.
Barthelmie, R.J., Folkerts, L., Larsen, G.C., Rados, K., Pryor, S.C., Frandsen, S.T. (2005). Comparison of wake model simulations with offshore wind turbine wake profiles measured by sodar. J Atmospheric Ocean Technology, 23, 881-901.
Barthelmie, R.J, Hansen K., Frandsen, S.T., Rathmann, O., Schepers, J.G., Schlez, W. (2009). Modeling and measuring flow and wind turbine wakes in large wind farms offshore. Wind Energy, 12: 431-444.
Barthelmie, R.J., Jensen, L.E. (2010). Evaluation of wind farm efficiency and wind turbine wakes at the nysted offshore wind farm. Wind Energy, 13, 573-586.
Crastoa, G., Gravdahla, A., Castellanib, F., Piccionib, E. (2012). Wake modeling with the actuator disc concept. Energy Procedia, 24, 385-392.
Crespo, A., Hernandez, J., Frandsen, S.T. (1999). Survey of modelling methods for wind turbine wakes and wind farms. Wind Energy, 2, 1-24.
Emami, A., Noghreh, P. (2010). New approach on optimization in placement of wind turbines within wind farm by genetic algorithms. Renew Energy, 35: 1559-1564.
Frandsen, S.T. (1992). On the wind speed reduction in the center of large clusters of wind turbines. Journal of Wind Eng Ind Aerodyn, 39: 251-256.
Jensen, N. (1983). A note on wind turbine interaction. Technical report Ris-M-2411. Roskilde, Denmark: Risø National Laboratory.
Katic, I., Højstrup, J., Jensen, N. (1986). A simple model for cluster efficiency. In: Proceedings of the European wind energy association conference and exhibition, Rome, Italy.
Kiranoudis, C.T., Maroulis, Z.B. (1997). Effective short-cut modelling of wind park efficiency. Renew Energy, 11, 439-457.
Kusiak, A., Song, Z. (2010). Design of wind farm layout for maximum wind energy capture. Renew Energy, 35, 685-694.
Marmidis, G., Lazarou, S., Pyrgloti, E. (2008). Optimal placement of wind turbines in a wind park using Monte Carlo simulation. Renew Energy, 33, 1455-1460.
Nielsen, M., Jørgensen, H. E., Frandsen, S. T. (2009). Wind and wake models for IEC 61400-1 site assessment. In EWEC 2009 Proceedings online EWEC.
Porté-Agel, F., Wu, Y.T., Chen, C-H. (2013). A numerical study of the effects of wind direction on turbine wakes and power losses in a large wind farm. Energies, 6 (10), 5297-313.
Turner, S.D.O., Romero, D.A., Zhang, P.Y., Amon, C.H., Chan, T.C.Y. (2014). A new mathematical programming approach to optimize wind farm layouts. Renewable Energy , 63, 674-680.
Thøgersen, M.L. (2005). Wind PRO/PARK: introduction to wind turbine wake modelling and wake generated turbulence. Technical report. Niels Jernes Vej 10, DK9220 Aalborg, Denmark: EMD International A/S.
URL-1: Foxwell, D. (2019). https://www.owjonline.com/news/view,5-ways-offshore-wind-will-continue-todiversify-in-2019_56228.htm, (Erişim Tarihi: 21 Şubat 2019).
URL-2: 2Bonus 2MW Turbine , https://en.wind-turbine-models.com/turbines/121-bonus-b76-2000, (Erişim Tarihi: 21 Şubat 2019).
Vermeer, L, Sørensen, J., Crespo, A. (2003). Wind turbine wake aerodynamics. Prog Aerosp Sci, 39, 467-510.