Enerji araştırmalarını motive eden en önemli etken, enerji ihtiyacının sürekli artmasıdır. Enerji ihtiyacının büyük çoğunluğu geleneksel fosil yakıt bazlı kaynaklardan karşılanmaktadır. Fosil türevli kaynaklar temiz değillerdir ve sürdürülebilirlikleri yoktur. Küresel ısınmada artışın olduğu ve son zamanlarda hızlandığı ayrıca kolay ulaşılabilir enerji kaynaklarının hızla tükendiği bir zamanda, dünya yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanmaya yönelmelidir. Güneş enerjisinden sonra yenilenebilir enerji kaynakları arasında rüzgar enerjisi düşük maliyeti ile ön plana çıkmıştır. ABD, Louisiana Üniversitesi’nde rüzgar türbini tasarımı üzerine çalışan Dr. Afef Fekih, “Rüzgar enerjisi, son yirmi yılda ortalama %30’luk bir büyüme gerçekleştirerek dünyanın en hızlı büyüyen yenilenebilir enerji kaynağı” olarak tanımlamıştır.
Dünya çapında rüzgar enerji santrallerinde önemli artışlar olmuştur. Bununla orantılı olarak gelişmiş güvenirlilik ihtiyacı da arttı. Bu gerçek, kurulacak olan rüzgar çiftlikleri için ideal ortamların sert hava koşullarında veya belirsiz rüzgarlarla karakterize edilen uzak açık denizleri ilgilendirmektedir. Bu koşullar, rüzgar türbinlerinin daha kolay arızalanmasına sebep olur. Sonuç olarak daha fazla arızaya ve böylece üretilen güçte verim kaybına sebep olur. Arızaların giderilmesinde oluşacak ek maliyetler, üretilen enerjinin daha masraflı hale gelmesi ile sonuçlanır.
IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica’da yayınlanan çalışmada, Dr. Fekih ve meslektaşları, basit hataların büyük hatalara dönüşmesini engellemek amacıyla Hataya Dayanıklı Kontrol (Fault-Tolerant Control; FTC) adı verilen bir yaklaşımı ele alıyor. Dr. Fekih, “FTC’ler, arıza bilgilerini uzaktan kayıt altında tutarak sorunları optimize etmek için kullanılan çevrimiçi Arıza Tespiti ve İzolasyonu (Flaut Detection and Isolation; FDI) gibi pasif veya aktif yaklaşımlar kullanarak hatalı koşullarda bile yeterli bir performans sunabilir” diye belirtiyor.
Ekip FDI’yı uyguladı. FDI çalışmalarının takibinde arızaların ya hatve aktüatöründeki (türbin için bağımsız bir güvenlik freni) ya da hız sensöründeki hatalardan kaynaklandığı gözlemlendi ancak her iki bileşende de aynı anda hata olduğu gözlemlenemedi. Yine de, gerçek şu ki eş zamanlı hatalar her ikisinde de meydana gelebilir ve gelmektedir. Türbinin gösterdiği performansını arttırmanın ve verimliliğini yükseltmenin bir yolu, bu tür eş zamanlı arızaları gidermek olabilir. Böylece, herhangi bir yedek parça kullanımına gerek kalmadan sensör ve aktüatör arızalarının eşzamanlı tespiti için basit hesaplamaya dayalı bir şema geliştirmeye başladılar.
Bunu başarmak için, bir bilgisayarda “durum gözlemcisi” modelini tasarlayıp uyguladıkları “ayrılık ilkesi” adlı bir yaklaşımı benimsediler. Bu esasen orijinal sistemin bir kopyası olan bir sistemdir. Bu modelde türbine benzer girdiler sağlandı. Model ile türbin arasındaki tutarsızlıkları not ederek sistem hatalarını gerçek zamanlı olarak belirlediler. Sistemin istenen verimlilikle çalışmasını sürdürmesi için algılamaya dayalı olarak bir sinyal düzeltme şeması kullandılar.
Bu yaklaşımda, tüm rüzgar varyasyonları bilinmeyen değerler olarak kabul edilir, bu da yanlış olmayan ölçüm veya tahmin gereksinimini ortadan kaldırır. Böylece hesaplamayı kolaylaştırır ve dolayısıyla işlem gücünü azaltır.
Ekip, 4,8 MW’lık bir referans rüzgar türbini modelinde sayısal olarak değerlendirilip Monte Carlo analizi ile desteklendiğinde şemalarının güvenilir ve sağlam olduğunu kanıtladı. Eşzamanlı arızalara ve bilinmeyen rüzgar hızlarına rağmen verimlilik korunabilir.
Bulgularından yola çıkarak Dr. Fekih, rüzgar enerjisiyle yönetilen bir gelecek hayaliyle, “Sıfır karbonlu yenilenebilir enerji kaynağı olan ekonomik açıdan uygun bir rüzgar türbini santralinin gerçekleştirilmesiyle artan enerji ihtiyacına temiz ve yenilenebilir bir şekilde cevap verebileceğiz” diyor.
Kaynak