Ana Sayfa e-Dergi Rüzgâr Enerjisinde Kullanılan Programlar

Rüzgâr Enerjisinde Kullanılan Programlar

Melis Varan / BTÜ Bilgisayar Müh. Öğrenci


Rüzgâr enerjisi neden büyümeli ve nasıl bir yol izlemeli?

Dünya üzerinde enerjiye duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu enerji arzının karşılanabilmesi için fosil türevli yakıtların kullanımı hala devam etmektedir. Günümüzde elektrik üretiminde lider konumda olan yenilenemez enerji kaynaklarının dünyaya verdiği zararlar fark edildikçe temiz enerji kaynaklarına olan ilgi de artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları bu ihtiyacı büyük oranda karşılayabilecek güce sahiptir.

Dünya’da 2018 yılında 26,7 milyon GWh elektrik üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu üretim kaynak dağılımı türlerine göre incelendiğinde %61 gibi büyük bir kısmı kömür ve doğalgazdan elde edilmektedir. Rüzgârdan elde edilen enerji ise toplam üretimin %5’lik kısmını karşılamaktadır ve bu oranla rüzgâr hidroelektrik enerjiden sonra yenilenebilir kaynakları arasında ikinci sırada yer almaktadır (Şekil 1). Bu da temiz enerji kaynaklarındaki üretimin hala yeterli seviyelerde olmadığını göstermektedir.

Şekil 1. Dünyada elektrik enerjisi üretiminin kaynak türlerine göre dağılımı1.

Türkiye’de ise 2019 yılı için lisanslı elektrik üretiminin kaynaklara göre dağılımında yenilenebilir enerjide hidroelektrik santrallerden sonra ikinci en yüksek payla %7,35 ile rüzgâr enerjisi yer almaktadır2. Ülkemiz enerjide kendi kendine yeten bir ülke olmak için yenilenebilir enerji kullanımını yeterli seviyeye ulaştırmaya çabalamaktadır ve bu alanda büyük bir ilerleme kaydedilmiştir. Buna karşın hala genel enerji ihtiyacımızın büyük bir kısmı dışa bağımlıdır. Bundan dolayı yenilenebilir enerji kaynakları alanında daha fazla AR-GE kaçınılmazdır. Böylece devletlerin ulusal bütçe gider yükleri de azaltılabilir.

Son yıllarda küresel rüzgâr enerji kurulumlarında ciddi bir artış yaşanmaktadır. Verilere baktığımızda kurulu rüzgâr enerji kapasitesi; 2015 yılında yaklaşık 0,44 GW, 2017 yılında 0,54 GW ve son olarak 2019 yılında 0,65 GW olarak artışını gerçekleştirmiştir3. Daha fazla enerji üretim hedefi için oluşturulan sistemlerin yanı sıra kurulum başına daha etkin ve verimli elektrik enerjisi elde edebilmek için donanımsal ve yazılımsal geliştirmeler de yapılmalıdır. Bunun için yazılımlar daha yaygın ve etkili bir şekilde kullanılmalıdır. Bu programların geliştirilmesi ilerleyen teknoloji ile birlikte daha çok önem kazanmaktadır.

Sürekli artan dünya nüfusu ile paralel gelişen enerji arzının karşılanmasında yetersiz kalan fosil yakıtlar, yenilenebilir enerji kullanımının gerekliliğini ortaya koymaktadır. Özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisi Türkiye’nin yüksek potansiyelinden dolayı son zamanlarda ön plana çıkmaktadır.

Rüzgâr enerjisinden faydalanmak için birçok ekipman gerekmektedir (Şekil 2). Rüzgâr türbinlerinde bulunan ekipmanların verimlilikleri bağlamında belirli bir doygunluğa ulaşılmıştır.

Şekil 2. Rüzgâr türbin parçaları.

Geliştirilen yüksek teknolojinin belirli bir maliyeti olmaktadır. Hatta bu giderler rüzgâr enerjisinin gelişmesinde öne çıkan problemlerden biridir. Verimliliğin fazla, maliyetin düşük olduğu donanımların hazırlanması ise böylece kaçınılmaz hale gelmiştir. Rüzgâr enerjisinden elde edilecek verimin arttırılması için RES ekipmanlarının daha teknolojik hale getirilmesinin yanında geliştirilmiş yazılımlarla da desteklenmesi gerekmektedir.

Rüzgâr enerjisinde kullanılan programlar ve avantajları nelerdir?

Enerji üretiminde yenilenebilir kaynaklar oldukça avantajlı olmasına rağmen rüzgârdan elde edilen elektrik enerjisi %5’lik kısma karşılık gelmektedir. Bu oranı arttırma ve dünyada rüzgâr enerjisini daha verimli hale getirmek için donanımsal çalışmalara hız kazandırılmalıdır.

Rüzgâr enerjisinin yaygınlaştırılması ve verimliliklerinin arttırılması için bugüne kadar rotor, motor, kanat vb. pek çok alanda teknik çalışma yapılmıştır. Bunlara ek olarak kurulan programlar ve kullanılan yazılımların başarılı sonuçları ile beraber özellikle yazılım konusunda çalışmaların sayısı ve etki değerinin de arttığı görülmektedir. Yazılımların genel amacı ölçümler yaparak elde edilen verileri en doğru şekilde kullanabilmektir. Bu yüzden sürekli “Daha iyisi nasıl yapılabilir?” sorusuna verilen yanıtlarla ilerleyen yazılım sektörü rüzgâr enerjisi sektöründe kullanılan programların sayısını ve hedeflerini arttırmıştır (Çizelge 1).

Çizelge 1. Rüzgâr enerjisinde kullanılan programlar ve amaçları.

Programlar Temel Amacı
RETScreen Fizibilite hesapları yapma
PLC ve SCADA Verileri gerçek değerlere dönüştürme
WindSim En fazla enerji üretimi için uygun konumu bulma
WindPRO Rüzgâr enerji analizleri yapma
WindFarmer En uygun konumu hesaplama, bulguları sunma
Windographer Verileri incelemek ve birbiriyle karşılaştırma
HOMER Değişimin proje sonuna etkilerini öngörme
WAsP Rüzgâr atlası oluşturma
ALWIN Proje çıktı enerji miktarını hesaplama

RETScreen® International Programı

RETScreen Temiz Enerji Yönetim Programı, Kanada Hükümeti CANMET Enerji Araştırma Laboratuvarı tarafından 30 Nisan 1998’de ücretsiz olarak kullanıma sunulmuştur4. Bir rüzgâr santrali için tüm fizibilite hesapları bu program ile yapılabilir. Bu programın tercih edilmesindeki en önemli sebep basit bir arayüz ile kullanımının oldukça kolay olmasıdır. Bu yüzden birçok projede tercihen kullanılmaktadır.

Yenilenebilir Enerji ve Enerji Verimli Teknoloji Tarama yazılımı anlamına da gelen RETScreen (Şekil 3), şu anda 36 dilde mevcuttur ve ABD’de en az 54.000 kullanıcı ve Meksika’da 5.600’den fazla kullanıcı dahil olmak üzere dünya çapında 465.000’den fazla kullanıcıya sahiptir. Bugüne kadar RETScreen, kullanıcıların toplam 8 milyar doların üzerinde bütçe biriktirmelerine yardımcı olmuştur5.

Şekil 3. RETScreen program arayüzü.

RETScreen programı temel olarak ana durum ve önerilen durum olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Programın girdilerinde rüzgâr hızı ve rüzgâr türbin modeline ait teknik donanım bilgileri kullanılmaktadır. Programın çıktıları ise rüzgâr türbin enerjisi, güç grafiği ve sistem karakteristiğidir. Ayrıca kurulacak olan bir sistemin ne kadar sürede yatırım maliyetini karşılayabileceği de kolayca hesaplanabilmektedir.

Bu program ilk aşamada sistemin üreteceği enerji miktarını hesaplamak için kullanılacak yenilenebilir enerjiyi ve sistemin kurulacağı bölgeyi girilen parametreler ile tanımaktadır. İkinci aşamada çalışma sırasında gerekli olan masrafları belirlemekte ve bu sistemin çalışması sonucunda ne kadarlık bir sürede masrafını çıkaracağını hesaplamaktadır. Üçüncü aşama opsiyoneldir ve kurulacak olan sistemin ortamdaki sera gazı oranını ne kadar düşürdüğünü hesaplamaktadır. Dördüncü aşamada ise sistemin kazandırdıklarını ve oluşacak maliyetleri rapor şeklinde sunmaktadır. Bunun için programa girilen krediler, enflasyon oranları, teşvikler, indirimler ve vergi oranları gibi parametreler kullanılmaktadır. Yine opsiyonel olan beşinci aşamada risk analizi yapılmaktadır. Sistemde çıkabilecek sorunlar ve bu sorunların sonucunda bizi nelerin beklediği görülebilmektedir.

Microsoft Excel tabanlı olan bu programın en son sürümü 8.0.1.31 olarak 18 Aralık 2020 tarihinde yayınlanmıştır.

PLC (Programmable Logical Controller) ve SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Programı

PLC (Programlanabilir Mantıksal Denetleyici; Şekil 4.a) 1960’ların sonlarında ABD’de otomotiv endüstrisinde röle mantık sistemlerinin yerini almak üzere tasarlandı6. Bu programda kullanıcılar tarafından basınç, sıcaklık ve rüzgârın ilk hızı sisteme girilmektedir. Bu üç bilginin girilmesinin ardından PLC sistemi elde edilen verileri gerçek sayıya dönüştürerek SCADA (Merkezi Denetleme Kontrol ve Veri Toplama) sistemine göndermekte ve böylece rüzgâr hızının takibi sağlanmaktadır7.

Şekil 4. a) PLC, b) SCADA programlarının işleyişinden birer görünüm.

SCADA programı, bu sonucu farklı platformlarda yorumlamaktadır. Bilgileri kaydetmekte ve bu bilgilere istenildiği takdirde ulaşıp, başka yıllardaki verilerle karşılaştırma yapmamızı sağlamaktadır (Şekil 4.b). Bilgilerin grafiğini çizmekte ve bu grafiklere bakarak birçok yorum yapılabilmektedir.

Çoğunlukla, bir SCADA sisteminin beyinleri Uzak Terminal Birimleridir (RTU). Uzak Terminal Birimleri programlanabilir bir mantık dönüştürücüsünden oluşur. RTU genellikle belirli gereksinimlere göre ayarlanır. Bununla birlikte, çoğu RTU insan müdahalesine izin verir. SCADA sistemleri kapalı devre sistemler olarak kabul edilir ve nispeten az insan müdahalesi ile çalışır8. SCADA programının en son sürümü 10.2.2.8 olarak 19 Mayıs 2020 olarak yayınlanmıştır.

WindSim Programı

WindSim, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (Computational Fluid Dynamics; CFD) tabanlı bir rüzgâr enerji santrali tasarım programıdır. Rüzgâr enerji santralinin enerji üretiminin optimizasyonunu gerçekleştirirken rüzgâr türbin yüklerini makul sınırlar içerisinde tutma amacıyla kullanılan bir yazılımdır. Bu program, sanal ortamda oluşturulan herhangi bir arazi üstünde sayısallaştırılmış rüzgâr alanlarının hesaplanmasıyla çalışır. Rüzgâr enerjisi sektöründe bu duruma “Micrositing” adı verilir. Özetle, rüzgâr türbinlerinin seçilmiş arazi üzerine en verimli şekilde konumlandırma işlemidir. İlk olarak 2003 yılında piyasaya sürülmüştür9.

Bu program ile bir projenin üretilebilmesi için altı aşama gerçekleştirilmelidir. Birinci aşamada rüzgâr türbinlerinin inşa edileceği alanın maketi yapılmakta ardından ikinci aşamada bu alanda bulunan parametrelerin rüzgâr üzerine olumlu ve olumsuz etkileri araştırılmaktadır. Üçüncü aşamadaysa rüzgâr üzerinde ölçüm yapan sistemlerin konumları makette yerini almaktadır. Dördüncü aşamada rüzgârın hızı, yönü ve ortamın sıcaklığı gibi rüzgâr enerjisini etkileyecek veriler hesaplanmaktadır. Beşinci aşamada hedeflenen verimliliğe ulaşmanın yolları bulunmaktadır. Altıncı ve son aşamada genel bir tablo oluşturulmaktadır. Bu adımlar sonucunda rüzgâr türbinleri için avantajlı bir konum var ise orası belirlenmekte (Şekil 5) ve yıl boyunca ne kadar enerji üretilebileceği hesaplanmaktadır. Kaybedilen enerjiyi minimuma indirgemek için neler yapılabileceği konusunda karar verilmektedir.

Şekil 5. WindSim programı.

WindSim programı, Vestas, GE Energy, Gamesa, Enercon, Senvion, Suzlon, Siemens, Nordex ve çok daha fazlası dahil olmak üzere dünya çapında rüzgâr enerjisi endüstrisi liderleri tarafından kullanılmaktadır10.

Çizelge 2. WindSim programının gelişim aşamaları.

Yıl Gelişmeler
2014 ABD’de ilk kullanıcı toplantısı
2015 WindSim 7.0 yayınlandı
2015 WindSim Brasil kuruldu
2015 Sahra Altı Afrika kuruldu
2016 Fransa’da bir ofis kurdu
2016 WindSim 8.0 yayınlandı
2018 WindSim 9.0 çıktı
2019 WindSim 10.0 yayınlandı
2019 Shanghai Electric Wind Power iş birliği

 

WindPRO Programı

Rüzgâr enerjisi analizlerinde en çok kullanılan programlar; WAsP ve WindPRO programlarıdır11. WindPRO, Danimarka’da ortaya çıkmıştır ve gelişimi halen devam etmektedir. Büyük şirketlerin ve girişimcilerin başarıyla kullandığı WindPRO, dünya çapındaki bankalar ve yetkililer tarafından kabul görmüştür. WindPRO programı, rüzgâr çiftliklerinin tasarımı, planlanması ve üretim verilerinin inşaat sonrasında ayrıntılı analizi için endüstri lideri bir yazılımdır (Şekil 6). WindPRO, rüzgâr verilerinin analizinden, enerji veriminin hesaplanmasından, belirsizliklerin ölçülmesinden, alanın uygunluğunun değerlendirilmesinden, çevresel etkilerin hesaplanıp görselleştirilmesine kadar her şeyi kapsar12. Bu program, birçok modülden meydana gelmekte ve her modül farklı bir görev gerçekleştirmektedir. WindPRO programı içerisinde bulunan bazı modüller11:

  • BASİS modülü, WindPRO yazılımının temel modülüdür, yazılımın bütün modüllerinin kullanılabilmesi için BASİS modülüne ihtiyaç vardır. Bu modül proje yönetimi, rüzgâr türbini kataloğu, harita yönetim sistemi, veri girişi, özel araçlar gibi temel bilgileri içerir. Harita yönetim sistemi internet üzerindeki veya sayısal ortamda bulunan haritaların program ile bağlantısını, arka fonda gösterilen haritalar üstünde proje çalışması yapılmasına ve veri girişine imkan sağlamaktadır. Rüzgâr türbini kataloğu çok sayıda türbine ait verileri içerir, sürekli olarak gelişmekte ve kullanıcılar tarafından eklenebilecek türbin özellikleri ile geliştirilebilmektedir. Özel araçlar ile katmanlı veri girişi yapılabilir, fondaki harita üzerinde eş yükselti eğrilerinin renk tanıma özellikleri sayesinde gelişmiş yöntemler ile sayısallaştırılması, arazi yapısının pürüzlülük ve perdeleyici engel nesnelerinin girişi, topografyanın rüzgâr türbini ve ölçüm istasyonu ile beraber profil kesitinin sunumu gibi işlemlerin yapılabilmesini mümkün kılar.
  • METEO modülü, arazide ölçülen rüzgâr verilerinin programa yüklenmesini ve bu verilerin analizini gerçekleştirir. Rüzgâr verilerini görsel şekilde kontrolünü sağlamak, noktalı veya yönsel dağılımlarını ve günlük-aylık grafikler üretmek mümkündür. Ayrıca rüzgâr verileri görseller veya filtreler kullanılarak devre dışı bırakılır ve hatalı veriler elenir. Bu modül seçilen bir rüzgâr türbini için üretim sahasında ölçülmüş rüzgâr verilerine dayalı olarak, herhangi bir hesaplama modülü kullanmadan enerji üretim miktarını tahmini olarak hesaplayabilir.
  • MODEL modülü, WAsP, ATLAS ve diğer hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri için arayüz olarak kullanılır. WAsP modülü ile hesaplama yapılabilmesi için programın arka fonunda bulunan haritaya arazi yapısının pürüzlülük, eş yükseklik eğrileri ile perdeleyici engel nesnelerinin girilmesi lazımdır. Bu modül, girilen arazi yapı özellikleri ile METEO modülüne girilen rüzgâr değerlerini kullanarak tek bir konumda istenen sayıda farklı türbin tipleri için enerji üretim miktarı hesaplanabilir.
  • PARK modülü, bir veya daha fazla sayıdaki rüzgâr türbinlerinin uzun vadeli enerji hesaplamalarını analiz etmekte, ortam sıcaklığı, türbinlerin birbiri üzerine etkileri ve ortam basıncı gibi hesaplamaları da yapmaktadır. Daha sonra tüm bu verileri detaylı raporlar haline getirmektedir. Bu modülü kullanabilmek için METEO veya MODEL modüllerini program içerisinde barındırmak gereklidir.
  • OPTIMIZE modülü, rüzgâr enerji santrallerinde rüzgâr türbin yerleşimini en uygun konuma getirme işlemini gerçekleştirir. Bu işlem, bir rüzgâr enerji santrali yerleşiminin sınırlandırılmış bir alan içerisinde toplam enerji üretimine bağlı olarak optimizasyon yapar ve bunun sonucunda uygun yerleşim belirlenir.
  • MCP modülü, önceden ölçülmüş rüzgâr verilerinin başka ölçüm istasyonlarının verileri ile karşılaştırılması ve uzun dönem verileri ile korelasyon için kullanılır.
  • DECIBEL modülü, elde edilen eş gürültü eğrilerinin yardımı ile gürültü sınırının aşılamadığı rüzgâr türbini konumlandırma tasarımı yapabilmektedir.
  • SHADOW modülü, tanımlanmış veya özel algı noktaları için bir ya da birden fazla rüzgâr türbinin neden olabileceği gölge etkisinin yıllık saatinin hesaplanmasında kullanılır.
  • ZVI modülü, uzak mesafelerdeki görsel etkinin analizinde ve rüzgâr türbin grubunun bir bölgedeki görsel etkisinin değerlendirilmesinde kullanılır.
  • IMPACT modülü, planlanan bir rüzgâr enerji santralinin yakınında bulunan rüzgâr enerji santralleri üzerindeki çevresel etkilerini belirler.
  • PHOTOMONTAGE modülü, bir rüzgâr enerji santralinin inşaatından önce gerçekçi görsel canlandırması için kullanılır.
  • ANIMATION modülü, inşaatı planlanan rüzgâr enerji santralindeki rüzgâr türbinlerinin gerçekçi dönüş hızları izlenebilmektedir.
  • eGRID modülü, rüzgâr türbinlerinin şebekeye entegre edilmesinin tasarım ve hesaplamalarında kullanılır.
  • WindBANK modülü, bir rüzgâr enerji santrali yatırımının mali ve ekonomik uygunluğunun hesaplanmasını kolaylaştırır.

Şekil 6. WindPRO arayüzü ile rüzgâr enerji hesaplaması.

Tüm bu modüller büyük bir uyum içinde çalışmaktadır. Bu program rüzgâr türbinleri çevresinde enerji üretimini düşürecek her etkiyi hesaplamaktadır ve bizlere enerji üretimindeki azalmayı önleme konusunda görüş önerileri sunmaktadır. WindPRO, sistemlerde bulunan verileri görselleştirmek için de sık sık tercih edilen bir programdır.

25 yılı aşkın deneyime sahiptir13. WindPRO, 100’den fazla ülkede 2.500’den fazla lisans sahibi ile dünyanın en yaygın kullanılan rüzgâr enerjisi yazılım paketidir. WindPRO’nun tam İngilizce, Almanca, Fransızca, İspanyolca, İsveççe, Danca ve Çince versiyonları mevcuttur. Lehçe ve Portekizce gibi ek rapor dilleri de mevcuttur. WindPRO hem standart lisans hem de bir yıllık lisans olarak mevcuttur12. En son versiyonu 3.1 olarak 11 Ekim 2016 tarihinde yayınlanmıştır. Ayrıca son olarak solar modülü olan WindPRO 3.4 versiyonu 2020 yılında piyasaya sürülmüştür.

WindFarmer Programı

WindFarmer programı, aynı WindSim programı gibi rüzgâr çiftliği tasarlama amacıyla kullanılan bir programdır.

İlk olarak WINDOPS adıyla, Natural Power Consultants şirketinden Nicholas Robinson ve Graeme Neilson tarafından geliştirilmiştir. WINDOPS 1.0 olarak piyasaya sürülen bu program, rüzgâr çiftliği tasarlama yazılım pazarının oluşmasında çok etkin bir rol oynamıştır. WINDOPS 2.0 olarak piyasa sürülmeden önce proje Garrad HASSAN tarafından satın alınmış ve ismi WindFarmer olarak değiştirilmiştir14.

WindFarmer, enerji verimi için türbin aralığı, akustik gürültü seviyesi kısıtlamaları, rüzgâr türbinlerinin etrafında bulunan doğal ve beşeri unsurlarla koruma amaçlı bırakılan mesafeleri, gölge titreşimi kısıtlamalarını göz önünde alarak bir rüzgâr çiftlik kurulumunu optimize edebilmektedir. Bu yönüyle de WindPro programı ile ortak özellik göstermektedir.

Program, rüzgâr enerjisi tahminleri yapabilmek adına rüzgâr türbininin konumu, yüksekliği, yarıçapı, güç eğrileri gibi bilgilerinin yanı sıra santral sahasının her noktasını kapsayacak biçimde hesaplanmış bir rüzgâr kaynağı haritasına ihtiyaç duymaktadır.

Saha analizi sırasında “rüzgâr akış modellemesi” denilen hesaplamalara ihtiyaç duyulur. Bunun sebebi; proje sahasının engebeliliği ve noktasal yüksekliği gibi parametrelerin rüzgâr hız ve yön değerlerini değişikliğe uğratmasıdır.

WindFarmer, bu hesaplamaların yapılması adına özellikleri arasında “Basit Rüzgâr Akış” modeli programını da barındırır. Ek bir yazılım gerektirmeyen bu program saha analizi esnasında kullanılmaktadır. WindFarmer, bu seçeneği sayesinde ön değerlendirme çalışmalarında bilgi sahibi olunmasını sağlamaktadır.

WindFarmer, WindPro programı gibi farklı modüllerden oluşmaktadır. Bu modüllerden birkaç tanesi:

  • Temel modül, türbin çiftliğinin bir tür minyatürü gibidir. Türbinlerin konumu burada belirlenmektedir ve enerji üretimini arttıracak araç gereçler bu modülün olmazsa olmazıdır.
  • Görselleştirme modülünde, rüzgâr türbinlerinin animasyonları hazırlanmaktadır. Rüzgâr türbinlerinin etkilediği bölgelerin haritaları çizilmektedir ve bu çizimler belge üzerine dökülmektedir.
  • Finans modülüne denetleme kısmı da denilmektedir. Projede kullanılan tüm araç gereçlerin sayısı bu modülde hesaplanmaktadır. Türbin sayısı, kullanılan kablo uzunluğu ve yapılan harcamalar hesaplanan onlarca parametreden sadece birkaçıdır.
  • Elektrik modülü, rüzgâr çiftliklerinin elektrik ağının tasarlanmasını sağlayan modüldür. Kabloların, trafoların ve hatların yıllık elektrik kaybının hesaplanması, topografik yapı ve eğimler göz önünde bulundurarak yer altında bulunan kabloların ve yerüstündeki hatların uzunluklarının hesaplanması, trafolardaki, hatlardaki ve kablolardaki aşırı yüklenmenin hesaplanması da bu modülün özelliklerinden bazılarıdır.

Şekil 7. WindFarmer programı.

WindFarmer programı çalışmadan önce bazı programlara ihtiyaç duymaktadır. Örneğin, rüzgâr hızının bulunabilmesi için WAsP programının kurulması gerekmektedir. Gerekli olan bilgileri aldıktan sonra bu verileri derleyerek kendi tahminini yürütmekte ve kendi sistemini çalıştırmaya başlamaktadır.

Windographer Programı

Windographer, zaman serisi verilerini analiz eder ve bu verileri bir rüzgâr akış modeli girişi için hazırlanmasına olanak tanır. Kanadalı Mistaya Engineering Şirketi tarafından geliştirilmiştir (Şekil 8). Bu firma özellikle yenilenebilir enerji alanında çalışmalar yapmaktadır15.

Şekil 8. Windographer programında kullanılan grafik çeşitleri.

Yaklaşık 200 rüzgâr türbin modeli içeren bu programın en önemli parametresi veridir. Programın amacı verilerin incelenmesi ve birbirleriyle karşılaştırılmasıdır. Yaklaşık 15 milyon veri okuyabilen Windographer, farklı tipte veri aktarımına olanak sağlar. Program, aktarılan verilerde herhangi bir sorun var ise onarmaktadır15.

Program son aşamada ise elde ettiği verileri rapor formatına çevirir. Hatta bu verileri görselleştirmek adına grafik çizimi de yapabilmektedir.

Çizelge 3. Windographer sürüm geçmişi.
Tarih Sürüm Güncellemeler
Mayıs 2015 4.0.0 Dikey Ekstrapolasyon penceresine artık türbülans, yön ve sıcaklık parametreleri eklendi.
Türbülans Analizi penceresinde tüm yükseklik verileri aynı anda gösterilebiliyor.
Eş konumlu anemometreleri birleştirmek için “Yeni Anemometreleri Birleştir” penceresi eklendi.
Eylül 2015 4.0.5 Yönlü verilerin standart sapmasını hesaplamak için Yamartino yöntemine geçildi16.
Mayıs 2016 4.0.14 Türkçe MGM formatına aktarım özelliği eklendi.
Ekim 2017 4.0.28 WindSim ve Kintech veri dosyalarının içe aktarımı iyileştirildi.
Ocak 2018 4.1 Birden fazla yerinde ve referans veri setini işleyebilen yeni MCP modülü eklendi.
‘Openwind’ Weibull uyum algoritması eklendi.
Geliştirilmiş Rüzgâr Kesme Analizi penceresinde iyileştirmeler yapıldı.
Nisan 2019 4.1.16 Varsayılan Weibull uyum algoritması Openwind algoritmasına değiştirildi.
Mayıs 2019 4.2 Dikey Ekstrapolasyon penceresi iyileştirildi.
Güneş ışınımı ve akü voltajı için yeni veri sütun türleri eklendi.
Ocak 2020 4.2.13 Histogram sekmesi açıklamasına Weibull sığdırma algoritması eklendi.
Aralık 2020 4.2.20 Windographer MCP Yerinde Veriler sekmesine ‘sektöre göre frekans ve enerji’ ekranı eklendi.
Windographer MCP Yerinde Veri özet tablosuna ölçüm yükseklikleri ve DRR eklendi.
Mart 2021 4.2.21 K-katlamalı çapraz doğrulama ile boşluk doldurma belirsizliğini hesaplamak için yeni bir modül eklendi.

 

HOMER Programı

HOMER, 1993 yılında Küresel Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (National Renewable Energy Laboratory; NREL) tarafından geliştirilmeye başlanmıştır17. HOMER, birbirinden farklı uygulamaların bir arada kullanılabildiği, ekonomik analizlerde bulunabilen ve sistemler için karbon emisyon analizleri de yapabilen bir programdır (Şekil 9).

Şekil 9. HOMER programında veri giriş ekran görüntüsü.

Küçük ölçekli proje tasarımındaki kullanım kolaylığı ve sistemlerin maliyetlerini karşılaştırabilmesi enerji sektörü piyasasında tercih edilmesini sağlamıştır. HOMER programı istatistiksel verilerle çalışan bir yazılımdır. Kendi sistemindeki girişinin değişmesi üzerine çıkış kısmında ne gibi durumlar ile karşılaşılacağını bildirmektedir. Örneğin, bu program 150 adet rüzgâr türbini için ayarlanmış olsun 150 yerine 200 adet rüzgâr türbini kullanılmak istendiğinde devreye girerek yeni sistemin maliyetini ve programın kullanım süresini öngörerek sisteme yeni verileri ulaştırır. Bu da çalışma süresini oldukça kısaltmaktadır. Program üç parçadan oluşmaktadır;

  1. Simülasyon: Programın tahmini kalan kullanım süresini, arıza verdiği yerlerde bakımının nasıl yapıldığı ve tüm sistemin maliyetinin ne kadar olduğu gibi bilgileri bize sunmaktadır. Hesaplamalar yıl üzerinden yapılmakta kullanıcıya en iyi çözümleri sunmaktadır.
  2. Optimizasyon: Her türlü tahmin yürütüldükten ve olasılıklar düşünüldükten sonra net maliyet değeri hangisinde en karlı ise o sistem üzerinden çalışma yürütülmektedir.
  3. Hassasiyet analizi: Sistemin giriş değerlerinin değişmesi üzerine çıkış kısmında bizleri nelerin beklediğini öngörmekte ve bu bilgileri ulaştırmaktadır.

Yenilenebilir enerji kaynakları için yapılan çalışmaları ekonomik ve pratik yönlerine göre karşılaştırmada, mikro şebeke ve hibrit sistemlerin tasarlanmasında önemli bir rol oynayan HOMER simülasyon programının en son sürümü 3.14.2 versiyonu ile 10 Ağustos 2020 tarihinde yayınlanmıştır.

WAsP (the Wind Atlas Analysis and Application Program) Programı

WAsP programı (Şekil 10) 1987 yılında DTU Risø National Laboratory Wind Energy and Atmospheric Physics bölümü tarafından oluşturulmuştur18.

Şekil 10. WAsP arayüzünün bir örneği.

WAsP programı rüzgâra ait yapılan ölçümleri incelemekte sonraki aşamada ise incelenen rüzgâr verilerini istenilen koşullara göre düzenleyerek rüzgâr atlaslarını oluşturmaktadır. Diğer aşamada, rüzgâr atlası kullanılarak istenilen herhangi bir bölgeye ait rüzgâr hızı tahminleri yapılmaktadır. Bir sonraki aşamada rüzgârın gücü, güç eğrisinden yola çıkarak hesaplanmaktadır. Son aşamada ise rüzgâr türbinlerinin koordinatlarından da yararlanarak rüzgâr çiftliğinin net gücüne ulaşılmaktadır.

Bu program, rüzgâr atlası hesaplamalarını gerçekleştirmek için rüzgâr türbini alanlarının konumu ve o konumdaki rüzgâr hız verilerini kendi sistemine aktarmaktadır. WAsP’ın güncel sürümü 12.6.22 olup 2021 yılında piyasaya sürülmüştür. Bu sürümde Küresel Rüzgar Atlası’ndaki güncel veriler otomatik olarak sisteme aktarılmaktadır. Güncellemeler ERA5 2010-2020 verileri kullanılarak yapılmış ve geliştirilmiş yardım dosyası eklenmiştir. Sürümün öne çıkan özelliği kapasite faktörlerini hesaplamasıdır.

Bu program ilk olarak Avrupa’da ve 2002 yılında Türkiye rüzgâr atlasının (Şekil 11) hazırlanmasında kullanılmıştır19.

Şekil 11. Türkiye rüzgâr atlası (WAsP).

ALWIN Programı

Japonya Meteoroloji Ajansı (JMA) ve Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı (JAXA)  tarafından ortaklaşa geliştirilen “Airport Low-level Wind Information (ALWIN)”, Tokyo Uluslararası Havaalanı (Haneda) ve Narita Uluslararası Havaalanı’nda 19 Nisan 2017 yılında kullanımına başlanmıştır20.

ALWIN programı (Şekil 12) kullanıldığı projede sistemin ne kadar enerji üretilebileceğini tahmin etmektedir. Yapılan proje bittiğinde tüm verileri net bir şekilde kullanıma sunmaktadır.

Pilotların karaya yaklaşma ve iniş yollarındaki ani değişiklikleri hesaplayıp görselleştirerek grafik çizebilmektedir. Çalışma yapılacak olan herhangi bir alanın incelenmesi için gerekli veriler sisteme girilmektedir. Elde edilen verileri içinde barındırarak bu bilgilerde herhangi bir değişiklik olması durumunda tüm sonuçları güncelleyebilmektedir. Kendi içinde bir katalog oluşturarak kullanılacak projeye ait tüm rüzgâr türbini bilgilerini bu kataloğa yüklemektedir. Herhangi bir türbin hakkında bilgi edinmek istenildiğinde bu kataloğa bakılarak gerekli bilgiye ulaşılmaktadır. Bu program kullanılarak rüzgâr türbinlerinin ortalama güç ve üretilen enerji değerleri hesaplanmaktadır21.

ALWIN programı ekran görüntüsü
Şekil 12. ALWIN programı ekran görüntüsü22.

Dumlupınar Üniversitesinin merkez yerleşkesinde bulunan rüzgâr gözlem istasyonunda 1 Temmuz 2001 ile 28 Şubat 2003 tarihleri arasında toplanan veriler CALLalOG 98 ve ALWİN paket yazılımları ile değerlendirilmiştir23.

Sonuç

Yazılım, günümüz teknolojisinin potansiyelini kullanmada en etkili araçtır. Yazılım herhangi bir projeyi belirlenen algoritmalar sayesinde sorunsuz bir şekilde sonuçlara ulaşmamıza olanak sağlar. Kurulu bir sistemin de daha etkin, pratik ve hızlı bir şekilde kullanılabilmesine olanak tanır.

Rüzgâr enerjisinde kullanılan programlar rüzgârın hızı, türbinlerin konumu, sıcaklık vb. faktörleri kullanarak var olan veya olabilecek bir sistemin verimliliğinin artırılması yönünde kullanılmaktadır. Günümüzde kullanılan yazılım programlarının birçoğu yalnızca birkaç farklı işlem gerçekleştirebilmektedir. Yazılım sektörü bir an önce “Tüm İşlemler Tek Programda” ilkesini benimseyerek daha işbirlikçi projeler sunmalıdırlar. Tüm işlemlerin tek bir program ile halledilmesi sektöre, firmalara ve ülkelere ekonomik açıdan avantaj sağlayacaktır.

Katkı yapanlar: Kadir Yolal, Müberra Canbazoğlu ve Dr. Zekeriya Doğruyol.

Kaynaklar

  1. Data and statistics (nd). IEA. https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tables?country=WORLD&energy=Electricity&year=2018
  2. Kaya, Y. (2020). Employment effects of privatizations in Turkey: A study on electricity distribution companies. Kayseri Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 2(2), 1–23. https://doi.org/51177/kayusosder.808503
  3. Pitteloud, J. D. WWEA. 2021. Global Wind Installations: https://library.wwindea.org/global-statistics/
  4. Canada, Mexico and the United States Show Progress on North American Energy Collaboration. (2016, June 3). https://www.energy.gov/articles/canada-mexico-and-united-states-show-progress-north-american-energy-collaboration
  5. RETScreen Clean Energy Management Software. (2016, June 3). Wayback Machine. https://web.archive.org/web/20161020003832/http://news.gc.ca/web/article-en.do?mthd=tp&crtr.page=1&nid=1079409&crtr.tp1D=930
  6. Parr, E. A. (1998). Industrial Control Handbook: Interaction HCI. Industrial Press Inc.
  7. Mamur, H., Bektaş, E., Çiçek, A., Korkmaz, F., Topaloğlu, İ., Arı, M. (2017, June). Application of wind monitoring system based on programmable logic controller. International Journal of Engineering Research and Development, 9(2), 76–85. https://doi.org/29137/umagd.351749
  8. SCADA. (2020). Tech Faq. https://www.tech-faq.com/scada.html
  9. Yazılım. (2020). WindSim. https://windsim.com/software/
  10. History, WindSim pioneered the application of CFD technology to optimize wind farm performance. (2020). WindSim. https://windsim.com/about/history/
  11. Oral, F., Behçet, R., Gönel, E. (2019). Determination on the amount of energy production and wind analysis with Windpro software. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(1), 362–371. https://doi.org/28948/ngumuh.517140
  12. Modules. (2021). EMD International. https://www.emd.dk/windpro/windpro-modules/
  13. We go where the wind blows. (2021). EAPC. https://www.eapc.net/we/software-sales-support-windpro/
  14. Wikipedia. (2020). WindFarmer. https://en-academic.com/dic.nsf/enwiki/10485105
  15. Import, analyze and visualize wind resource data quicker and easier than ever before with Windographer (nd). UL. https://aws-dewi.ul.com/windographer/
  16. Farrugia, P. S., Micallef, A. (2009). Comparative analysis of estimators for wind direction standard deviation. Meteorological Applications, 13(1), 2144–2151. https://doi.org/10.1017/S1350482705001982
  17. Cotrell, J., & Pratt, W. (2003). Modeling the feasibility of using fuel cells and hydrogen internal combustion engines in remote renewable energy systems. United States. https://doi.org/10.2172/15004825
  18. Mortensen, N. G., Heathfield, D. N., Myllerup, L., Landberg, L., & Rathmann, O. (2007). Getting Started with WAsP 9. Risø National Laboratory. Risø-I No. 2571(EN)
  19. Dundar, C., Canbaz, M., Akgun, N., Ural, G. (2002, June). Wind energy resource atlas of Turkey. Ankara, Turkey. EIE&DMI, p. 218. ISBN: 975–6595–31–4.
  20. Airport Low-level Wind Information (ALWIN) starts operation at Haneda and Narita airports. (2017, April 19). National Research and Development Agency Japan Aerospace Exploration Agency. https://global.jaxa.jp/press/2017/04/20170419_alwin.html
  21. Sulukan, E., Uyar, T. (2009). A comparative wind power plant feasibility study for Gökçeada, Turkey. Journal of Naval Science and Engineering, 5, 55–63.
  22. Matayoshi, N., Iijima, T., Yamamoto, K., & Fujita, E. (2016, June). Development of Airport Low-level Wind Information (ALWIN). 16th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations Conference, Washington DC. https://doi.org/10.2514/6.2016–4362
  23. Köse, R. (2003). An evaluation of wind energy potential as a power generation source in Kütahya, Turkey. Energy Conversion and Management, 45(11–12) 1631–1641. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2003.10.016

12 YORUMLAR

  1. Enerjinin doğru kullanımı programlar bazında oldukça kapsamlı bir şekilde incelenmiş, verimin nasıl arttırılabileceği ziyadesiyle açıklanmış. Anlatımın da gayet başarılı. Emeğine sağlık, başarılarının devamını dilerim :))

  2. Yazılım sektörünün bu kadar kapsamlı olduğunu bilmiyordum. Tek bir rüzgar kelimesinin bile algoritmasını bu denli çıkarabiliyormuş. Aydınlattığınız için teşekkkür ederim

  3. Rüzgar enerjisi sektöründe kullanılan bu programları tek bir başlık altında toplayıp, işlevlerini adım adım anlatan bu akademik makale için tesekkürler. Devamını bekliyoruz.

  4. Makaleyi okuduktan sonra,
    Rüzgâr enerjisi sektörünün gelişimini hızlandıracak, enerji ve yazılım işbirliğinin sağladığı imkanlarla birlikte yenilenebilir enerji kaynaklarına olan zorunlu ve gerekli yönelimin de sağlayacağı etkiyi düşünerek, özellikle Dünya ve Türkiye kapsamında
    *maliyet,
    *zaman,
    *doğru karar alamama sonucu üretimde oluşacak aksamalar
    … gibi etmenlerin üretimde,
    rüzgâr enerjisinin etkin yükselme potansiyelini yavaşlatamayarak, teknolojik imkanlar dahilinde geliştirilen ve kullanılan programlar üzerinden de umut verici bir gelecek vaat ettiğini görmüş oldum.
    Teşekkürler.

  5. Çok açıklayıcı ve öğretici bir yazı olmuş bu konunun bu kadar önemli oluğunu bizlere gösterdiğiniz çok teşekkür ediyorum. Ellerinize sağlık diğer yazılarınızı okumak için sabırsızlıkla bekliyorum.

Yorum Yap

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Son Yazılar

Son Yorumlar