Rüzgar enerjisi, fosil yakıtlardan temiz ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına küresel geçişte en umut verici çözümlerden biri olarak kabul edilmektedir. Rüzgar türbinlerinin kontrol sistemlerinin optimizasyonu ile elektrik üretimindeki dalgalanmaların azaltılması mümkün olabilir. Rüzgar türbinlerinin verimliliğini ve ömrünü artırmak için Alman ve İran’lı araştırmacılar Langevin denklemi ile birlikte geliştirilen bir matematiksel yöntem önermektedir.
Araştırmacılar, mevcut dalgalanmaların hem elektrik şebekeleri hem de türbinler üzerinde baskı yaratması sonucu bu ani dalgaların hafifletilmesi ve daha stabil bir elektrik üretimi için stokastik yöntemin uygulanmasını önermişlerdir1.
Kullanılan bu yöntem, rüzgar santralini stokastik bir sürüklenme/difüzyon modeli olarak belirtebilecek dinamik bir sistemi ifade eder. Burada bir sürüklenme katsayısı güç eğrisine doğru çekimi tanımlarken bir difüzyon katsayısı da ek türbülanslı dalgalanmaları analiz etmektedir. Stokastik katsayılar, özel sistemimize uygun şekilde entegre edildikten sonra, verilen herhangi bir rüzgar hızı veya yönü için sentetik bir güç çıkışı sinyali modelleyen bir Langevin denklemine eklenir.
Türbülanslı rüzgar dalgalanmaları için bir ön modelle birleştirildiğinde; stokastik yaklaşım, rüzgar hızı ve yönlerinin yalnızca 10 dakikalık ortalama değerlerini kullanarak rüzgar santralinin güç çıkışını 1 Hz’lik bir örnekleme frekansında modeller. Üretilen stokastik sinyaller ölçülen sinyalle karşılaştırılmış ve ölçülen aralıklar, şiddetli rüzgar özelliklerine uygun bir şekilde yeniden üretilmesi dahil olmak üzere iyi bir istatistiksel uyum göstermiştir2.
Araştırmacılar, detaylı bir çalışma sonucu kısa süreli dalgalanmaların temel sebebinin rüzgar türbinlerinin kontrol sistemlerinin iyi bir şekilde optimize edilmemesinden kaynaklandığını ortaya koymuştur. Bu optimizasyonun nasıl yapılacağı ise PRX Energy dergisinde detaylı olarak bulunmaktadır.
Oldenburg Üniversitesi’nden Dr. Lin ve araştırma ekibi, rüzgar santralindeki çeşitli türbinlerden gelen verileri değerlendirmişlerdir. Lin, “Rüzgar türbinleri, güçlü rüzgarlarda iniş yapan bir uçağınkine benzer şekilde türbülanslı rüzgar koşulları altında çalışıyor. Ölçülen tüm veriler birden fazla dalgalanma gösteriyor ve net bir sinyal tespit edilemiyor. Biz buna ‘gürültü’ diyoruz.” dedi.
Fizik mühendisleri ve meslektaşları stokastik yöntemi; rüzgar hızının zaman serisini, türbinlerin elektrik çıkışını ve jeneratörün dönüş hızını bu matematiksel yaklaşımla incelemişlerdir. Bu yöntem ile gürültü verileri çözülmüş ve biri rüzgardan, diğeri ise türbin kontrol sisteminin tepkilerinden kaynaklanan iki farklı bileşene ayrıştırmayı başarmışlardır.
Lin, “Gürültü, genellikle ölçümlere müdahale eden hoş olmayan bir etki olarak kabul edilir.” dedi. Burada bir rüzgar türbininin dönüşüm sürecinin farklı çalışma modlarını gürültü kelimesiyle göstermek ve gelişmiş stokastik analizinin nasıl kullanılabileceğini anlatmaya çalışmıştır. Aynı araştırma ekibinden Dr. Matthias Wächter ise “Artık gürültü bize sistem hakkında yeni bilgiler sağlıyor, bu yeni bir nitelik.” demiştir.
Araştırma ekibi, ani rüzgar dalgalanmalarına verilen tepkilerin çoğu zaman optimum değerin altında olduğunu tespit etmiştir. Bu sistemlerin kontrol stratejileri değiştirildiğinde elektrik çıkışında gözlemlenenin aksine daha sert dalgalanmalara yol açabildiği görülmüştür.
Prof. Dr. Joachim Peinke, “Bu şekilde, rüzgar türbinlerinin daha tutarlı güç üretmesini sağlamak için kontrol sistemlerini iyileştirmek mümkün olacak.” demiştir. Bu fikrin ayrıca rüzgar türbinlerinin verimliliğini artıracağını ve kullanım süresini uzatacağını da eklemiştir. Önerilen analiz, rüzgar türbininin kontrol stratejilerine yeni bir bakış açısı sağlamıştır.
Kaynaklar
1. https://techxplore.com/news/2023-09-turbines-react-turbulence-method-electricity.html