.: YEGM :. Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü - Pilot Projeler - Demonstrasyon Projeleri
Şu an buradasınız: Anasayfa \ Pilot Projeler \ Demonstrasyon Projeleri
PHES Destekli Rüzgar Enerjisi Dönüşüm Sistemi Deneysel Simülasyon Merkezi
Genel Müdürlüğümüz kampüs alanı içinde “Yahyalı Pompaj Destekli Rüzgar Enerjisi Santralı Pilot Projesi” nin işletim prensibini göstermek amacıyla bir demonstrasyon projesi planlanmıştır. Bu proje kapsamında tesis edilen “Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü PHES Destekli Rüzgar Enerjisi Dönüşüm Sistemi Deneysel Simülasyon Merkezi”nde pompaj depolamalı HES ile dalgalı rüzgar enerjisinin şebekeye garanti edilen güç ölçeğinde düzenlendiğini görmek mümkündür.
Bu amaçla Genel Müdürlüğümüz yerleşkesinde bulunan su kulesinde bir rüzgar destekli pompajlı HES simülatörü kurulmuş olup, prototip sistem üzerine birçok senaryo deneme imkanı bulunmaktadır.
Sonuç olarak, bu projede rüzgar enerjisi santrallerinin şebekeye geniş ölçekli entegrasyonun önünde önemli bir engel teşkil eden rüzgarın stokastik ve darbeli üretim şekli düzenlenmeye çalışılmış ve geliştirilen kontrol algoritmaları ile tasarımlar gerek simülasyon yazılımları, gerekse YEGM yerleşkesindeki simülasyon merkezinde kurulan donanımlar kullanılarak doğrulanmıştır.
Yapılan tüm çalışmalar, nihai sistem için bir ön çalışma niteliği taşımakta olup, nihai sistem tasarımının kolay ve doğru bir şekilde yapılmasını sağlayacaktır.
Tesis kapsamında bir üst rezervuar (30.1 m yüksekliğinde 75.57 m3 hacimli kule tipi su deposu), alt rezervuar (59.4 m3 hacminde alt su deposu), 12 l/s anma debisine sahip ve tasarım düşüsü 26 m olan pelton türbin tasarlanmıştır. Pelton türbinin üretici tarafından belirtilen 26m net düşü ve 12l/s anma debisindeki teorik çıkış gücü 2.7kW’tır. Asenkron jeneratörün bu güç seviyesindeki verimliliği %84 kabul edilmiş olup, bu koşullarda elde edilecek elektriksel güç 2.2kW’dir.
Pelton türbinin debisi, türbinin nozzle’larına bağlı motorlar ile ayarlanmaktadır. PHES kontrol sistemindeki kontrol kartı, pelton türbinin üretmesi gereken güce göre nozzle ayar motorlarını kontrol ederek debiyi ayarlamaktadır.
PHES sistemindeki pelton türbin yerden 60cm yüksekteki su haznesi üzerine yerleştirilmiştir. Su haznesinin altında ve PHES binasındaki kanalın içinde kalan borunun ağzına 125mm PVC bağlanarak kuyruk suyu alt rezervuara taşınmaktadır.
Rüzgar Enerjisi Dönüşüm Sistemi Simülatörü
PHES sisteminin destekleyeceği rüzgar enerjisi, Rüzgar Enerjisi Dönüşüm Sistemi Simülatörü tarafından üretilecektir. Bu amaçla, değişken hız sürücü kontrollü asenkron motor ve asenkron jeneratör kullanılmaktadır. Motor ve jeneratörün şaftları birbirine bağlıdır. Kullanılan asenkron motor ve asenkron jeneratör, aynı teknik özelliklere sahip asenkron makinedir. Bu asenkron makinenin teknik bilgileri aşağıda verilmektedir.
Asenkron motorun şaftındaki anma gücü 7.5kW’tır. Buna karşılık asenkron jeneratörün ürettiği elektriksel gücün anma değeri 6.5kW’tır. Dolayısıyla, rüzgar simülatörünün anma gücü 6.5kW’tır.
Rüzgar simülatörünün ürettiği değişken güç şu şekilde sağlanmaktadır: Asenkron motor, değişken hız sürücüsü ile kontrol edilmek suretiyle motorun ürettiği şaftaki mekanik güç değeri değiştirilmektedir. Bu işlem değişken hız sürücüsünün frekansının PHES kontrol kartı ile kontrol edilmesi gerçekleştirilmektedir. Şaftaki mekanik güç değiştirilerek asenkron jeneratörün terminallerindeki elektriksel güç değiştirilmektedir. Kullanılan değişken hızlı sürücüye ait teknik bilgiler aşağıda verilmektedir.
PHES sisteminde, alt rezervuardan üst rezervuara su pompalayan dikey kademeli santrifüj dalgıç pompa kullanılmaktadır. Dalgıç pompa, alt rezervuarda suyun içinde bulunmaktadır. Talepten fazla rüzgar enerjisi olduğunda, dalgıç pompa alt rezervuardaki suyu üst rezervuara depolamak üzere pompalayacaktır. Dalgıç pompaya ait teknik bilgileri aşağıda verilmektedir.
PHES sisteminde, iki adet debimetre kullanılmaktadır:
• Türbinden geçen suyun akış hızını ölçen debimetre
• Dalgıç pompa tarafından üst rezervuara doğru basılan suyun akış hızını ölçen debimetre
Yay Geri Dönüşlü Kelebek Vana
Pelton türbinin giriş vanası olarak kullanılmaktadır. Pelton türbin ilk devreye girmesi esnasında vananın üzerine monte edilmiş elektrik motoruna besleme gerilimi uygulanması ile vana açılmaya başlar. Açılma süresi yaklaşık bir dakika sürmektedir. Pelton türbin devreden çıkarken nozzle’lar kapandıktan sonra vananın üzerindeki elektrik motorunun beslemesi kesilir. Vananın içindeki yay sayesinde vana 5 saniye içersinde kapanacaktır.
Vananın elektrik motoru, enerjisini pelton türbinin jeneratöründen almaktadır. Jeneratörün şebekeden ayrılması durumunda geri dönüşlü yay sayesinde vana kendiliğinden hızla kapanarak türbinin aşırı hızlanmasına engel olmaktadır.
Üst rezervuar ve alt rezervuardaki su seviyeleri sürekli olarak PHES kontrol sistemi tarafından gözlemlenmektedir. Bu amaçla, üst rezervuarda bir adet ve alt rezervuarda bir adet daldırma tipi hidrostatik seviye sensörü kullanılmaktadır.Seviye sensörleri, rezervuar içinde sabitlendikleri noktadaki basıncı ölçerler. Bu basınç değerinin, rezervuardaki su yüksekliği ile orantılı olması gerçeği kullanılarak rezervuardaki su yüksekliği ölçülmektedir.
Üst rezervuarda, seviye sensörü en düşük tabandan 6cm yukarıya sabitlenmiştir. Seviye sensörünün, rezervuar içindeki kuvvetli su hareketlerinden etkilenmemesi amacıyla, PVC boru içersine yerleştirilmiştir. Alt rezervuarda zemin düzgün değildir. Bu nedenle, buradaki seviye sensörü dalgıç pompaya yakın ve dalgıç pompanın altındaki zeminden 5cm yukarıya sabitlenmiştir.
Basınç Sensörü ve Manometre
PHES sisteminde iki noktanın basıncı sürekli olarak gözlemlenmektedir:
• Pelton türbin giriş basıncı
• Dalgıç pompa çıkış basıncı
Basınç sensörü, monte edildiği noktadaki basınca orantılı olarak 4-20mA sinyal üretmektedir. Bu sinyal ile PHES kontrol sistemi gerekli kontrol ve koruma işlevlerini gerçekleştirmektedir. Manometre, analog basınç göstergesi olup kullanıcıların bizzat bağlı olduğu basıncı göz ile kontrol etmelerini sağlamaktadır.
PHES Elektrik Tesisat Projesi
EİE’de mevcut bulunan ve 630kVA, 34.5/0.4kV, Uk%8 anma değerlerine sahip trafonun sekonder çıkışlarından biri, 4x25mm2 kablo ile alt rezervuardaki TÜBİTAK UZAY tarafından yeniden tasarlanan dağıtım panosuna gelmektedir.
PHES sisteminin beslemesi 3 faz, 400V, 50Hz olup, beslemesini alt rezervuardaki yeni dağıtım panosundan almaktadır. Bu panodan alınan 4x16mm2 NYY kablo, toprak altında PVC-U boru içersinden geçirilerek PHES sistemine getirilmektedir. Kilit taşı döşenerek yeri belirlenen boru hattı boyunca buat kutuları konularak bu kabloya servis kolaylığı sağlanmıştır.
PHES sistemindeki rüzgar enerjisi dönüşüm sistemi, dalgıç pompa ve pelton türbin generatörü, Ek-6’daki tek hat şemada görüldüğü gibi 3-faz, 400V, 50Hz elektrik şebekesine bağlıdır. Bu alt sistemlerin ürettiği veya tükettiği elektriksel güç değerleri, dağıtım ve kontrol panosu üzerinde yer alan enerji analizörleri ile ölçülmektedir.
PHES Güç Kontrol Tasarımı
PHES güç kontrolü ve Rüzgar Enerjisi Simülatörü kontrolü, “Dağıtım ve Kontrol Panosu” içersindeki DSP (digital signal processor) tabanlı kontrol kartı ile gerçekleştirilmektedir. PHES, 3 farklı sisteme sahiptir: 1) rüzgar simülatörü, 2) dalgıç pompa, 3) pelton türbin. Kontrol kartı, bu 3 farklı sistemin her biri için ayrı bir güç kontrol döngüsü uygulamaktadır. Bu güç kontrol döngüleri kontrol kartındaki DSP mikrodenetleyicisi üzerinde geliştirilen yazılım tarafından gerçekleştirilmektedir.
PHES sistemi, rüzgar gücü ile şebekenin talep ettiği güce göre ana kumandanın belirlediği çalışma rejimine göre çalışmaktadır. Diğer bir ifade ile rüzgar gücünün depolanacak kısmı kadar dalgıç pompa gücü veya yetersiz rüzgar gücüne destek verecek pelton türbin gücü ana kumanda tarafından, PHES kontrol sistemine iletilir. Bu amaçla, masaüstü bilgisayarda zamana göre üretilecek rüzgardan elde edilen elektrik gücü, dalgıç pompanın tüketeceği elektriksel güç ve pelton türbinin üreteceği elektriksel güç değerleri oluşturulur. Daha sonra, PHES kontrol kartı zamana göre istenen bu değerleri okuyarak PHES sistemini oluşturan rüzgar simülatörünü, dalgıç pompayı ve pelton türbini kontrol eder.
Rüzgar Simülatörü Kontrolü
Rüzgar simülatörünün kontrol amacı rüzgar simülatöründeki generatörün elektriksel terminallerinde, bilgisayardan gelen ve rüzgardan elde edilmesi istenen elektrik enerjisini üretmektir (RefRES). Bu amaçla, RES generatörünün elektriksel terminallerine bağlı AN2 isimli analizörden sürekli olarak rüzgar simülatörünün ürettiği elektrik enerjisi ölçülmektedir (ÖlçülenRES). Doğrusal-integral kontrolcüsü, RefsRES ile ÖlçülenRES arasındaki fark sıfır olana kadar değişken hızlı motor sürücünün çalışma frekansını değiştirir. Kontrolcünün çıkışında sınırlama kullanılarak, değişken hızlı motor sürücünün çalışma frekansının 50Hz ile 53Hz arasında kalması sağlanır. Kontrolcünün Kp,RES ve KI,RES parametreleri, simülatörün tepki hızı ve çalışma kararlığı göz önünde bulundurularak belirlenmiştir. Bu parametreler yazılımın bir parçası olup, yazılım ile sabitlenmişlerdir.
Dalgıç Pompa Kontrolü
Bu kontrolün amacı, talep edilen fazla rüzgar enerjisi olduğu durumda rüzgar enerjisinin fazla olan kısmı (Refpompa) ile alt rezervuardan üst rezervuara su pompalayarak depolamaktır.
Pelton Türbin Kontrolü
Pelton türbinin kontrolü diğer sistemlerin kontrolünde farklı olarak daha detaylı ele alınmaktadır. Bunun nedeni, türbin generatörünün elektrik şebekesinden kopması durumunda üst rezervuardan gelen su gücünün, türbinin aşırı hızlanmasına yol açabilecek olmasıdır. Bu durumun önüne geçmek için yay geri dönüşlü kelebek vana kullanılmıştır. Vananın elektrik enerjisi, generatör elektriksel terminallerinden alınmaktadır. Generatör elektrik şebekesinden koptuğu andan itibaren sıkıştırılmış olan yay hızla boşalarak kelebek vanayı kapatacaktır.
PHES Destekli Rüzgar Enerjisi Santralı Sisteminin İşletim Arayüz Örnekleri