3.6 İşletmeye Geçmiş Örnek Saha İncelemesi
3.6.1 Sahanın Tanıtımı
Çeşme sahası, Görsel 3.20’de gösterildiği gibi İzmir iline bağlı Çeşme ilçesi sınırları içerisinde Çakabey mevkisinde, Çeşme ilçe merkezinin yaklaşık 3,5 km güney ve güneydoğusunda bulunmaktadır. Ovacık, Musalla ve İnönü mahalleleri proje sahası içinde yer almaktadır. Çeşme saha sınırları ile 1:25000 ölçekli harita üzerinde gösterimi Şekil 3.21’de verilmiştir. Sahadaki topoğrafik arazi yapısı karmaşık bir profil sergilemektedir. Karmaşık arazi yapısı en basit anlamıyla bir alanda birçok farklı topografik oluşumun yer alması olarak nitelendirilebilir. Çeşme sahası da aynı anda çeşitli yükseklikte ve oryantasyonda tepelerin ve bunlar arasında vadilerin mevcut olması nedeniyle karmaşık topografiye sahip olarak gözlenmiş ve kabul edilmiştir.
Sahada minimum kot (deniz seviyesinden yükseklik) 100 metre, maksimum kot 190 metre saha genelinde ortalama kot 135 metredir. Saha genelinde türbin yerleşimi için kullanı- lacak olan alanlar özellikle sahanın kotunun en fazla olduğu konumlar olarak görülmektedir. Türbin yerleşimi amacıyla kullanılan noktaların kotları 103 metre ile 190 metre arasında değişmektedir. Sahanın ve çevresinin deniz seviyesinden yükseklikleri Şekil 3.22’de yükseklik haritasında detaylı olarak gösterilmiştir.
Sahada maksimum yer eğimi 23,5 derece olup, saha genelinde ortalama eğim ise 10 de- recedir. Sahada farklı oryantasyonda yükseltiler nedeniyle eğimler saha içinde değişkenlik göstermekte ve yer yer yüksek değerlere ulaşmaktadır ancak türbin yerleşimi için kullanılması uy- gun görülen tepe hatlarındaki düzlüklerde 14 derece ve altı eğimlerin mevcut olması bu noktaların yerleşim planı için değerlendirilmesini mümkün kılmaktadır. Sahadaki eğimler Şekil 3.22’de detaylı olarak sunulmuştur.
Sahada yer yer sık, yer yer seyrek ağaçlık alanlar ile tarım alanları bulunmaktadır. Bu gözlemler sahada rüzgâr modellemesi esnasında pürüzlülük haritaları vasıtasıyla hesaplamalarda göz önüne alınmıştır. Tablo 3.5 de saha karakteristiğini tanımlayan ve analizlere girdi olarak kullanılan temel kaynaklar verilmektedir.
3.6.1.1 Önerilen Türbin Konfigürasyonları
Çeşme RES sahası için önerilen türbin marka ve modellerinden bazıları aşağıda verilmiştir.
Bu analizlerde kullanılan türbin güç eğrileri, türbin üreticilerinden edinilen türbin güç eğrileriyle oluşturulmuş veri tabanından edinilmiştir. Türbinlere ait güç eğrileri Tablo 3.7’de verilmiştir.
Sahada yapılan ölçümlerde elde edilen sıcaklık ve basınç değerleri ile yapılan hesaplamalar ve Çeşme Meteoroloji İstasyonu uzun dönem sıcaklık verileri ve standart hava yoğunluğu azalma değerleri kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucu, ölçüm direği noktasında uzun dönem hava yoğunluğu 1.225 kg/m3 olarak belirlenmiştir. Elde edilen türbin güç eğrileri, her bir türbin bazında IEC tavsiyeleri doğrultusunda, türbin için modellenen hava yoğunluğuna göre düzeltilmiştir.
3.6.1.2 Önerilen Türbin Yerleşim Planı
Modelleme sonucu elde edilen rüzgâr kaynağı ve Rüzgâr programları kullanılarak sahada bir türbin yerleşim planı optimizasyonu yapılmıştır. Optimizasyon esnasında, türbinlerin aşırı yüklere maruz kalmasını engellemek için türbinler 14 derece üstü eğimlere yerleştirilmemiş ve türbinler arası mesafe olarak hâkim rüzgâr yönünde 7 rotor çapı, hâkim rüzgâr yönüne dik yönlerde ise 3 rotor çapı mesafe bırakılmıştır.
3.6.2 Sahada Yapılan Ölçümler
3.6.2.1 Ölçüm Direği
Çeşme rüzgâr enerji santrali proje sahasındaki ölçüm kampanyası 2008 tarihinde 50 met- relik bir adet boru tipi meteorolojik ölçüm direğinin kurulması ile başlamıştır. Sahada kaydedilen ölçümler ve direk noktasına ait koordinatlar Tablo 3.8’de verilmiştir. Çeşme direğinde, rüzgâr verilerini kaydetmek üzere Campbell CR850 marka datalogger, 4 adet NRG 40C marka anemometre, bir adet ammonit marka anemometre, iki adet NRG 200P marka yön sensörü ve sıcaklık, nem, basınç sensörleri bulunmaktadır. Sahada yapılan ölçümlere ilişkin kurulum ve bakım raporları şirket tarafından alt yükleniciye iletilmiştir. Bu konuyla ilgili detaylı bilgi alt bölümde verilmiştir.
3.6.2.2 Çeşme Direği Sensör Konfigürasyonu
Çeşme direğinde 50 metre yükseklikte, yan kollar üzerinde konumlandırılmış iki anemometre bulunmaktadır. Anemometreler 50 metrede rüzgârın hâkim yönüne karşı gelecek şekilde 70 ve 250 derecede konumlandırılmıştır. 40 metredeki anemometre 70 derece; 30 metredeki anemometre ise 70 derecede konumlandırılmıştır. Yön sensörleri 48 ve 28 metrede 0 derecede konumlandırılmıştır.
3.6.2.3 Çeşme Direği Kalibrasyonları
Çeşme direğindeki tüm anemometreler Wind Consult GmbH şirketi tarafından MEAS- NET’in akredite ettiği bir tesiste kalibre edilmiştir. Tüm anemometrelere ait kalibrasyon raporları incelenmiş ve kurulum esnasında tüm kalibrasyon parametrelerinin loggera kaydedilmiş olduğu görülmüştür. Bu nedenle alt yüklenici, kaydedilen verilerde kalibrasyon parametrelerine bağlı hiçbir değişiklik yapmamıştır.
Enerji analizi için kullanılmak üzere Çeşme sahasındaki ölçümler aşağıdaki zaman aralıklarına aittir:
Çeşme Direği: 2008 –2012
Ölçüm verileri, ekipman arızası ve diğer nedenlerle etkilenen verileri tanımlamak amacıyla alt yüklenici tarafından kalite kontrol prosedürüne tabi tutulmuştur. Bu kayıtlar analizler esnasında hesaba katılmamıştır. Çeşme direğinde belirgin ve uzun dönem problem yaşanan tek sensör sıcaklık sensörü olup sıcaklık sensörüne ait verilerin %1’lik bölümü hatalı olması nedeniyle elenmiştir.
Sonuç olarak, Çeşme direğinde modelleme amacıyla kullanılan temel sensörlere ait parametreler aşağıda verilmiştir:
Çeşme direğine ait sensör ve kurulum bilgileri Tablo 3.8’de, 50 metredeki hız sensörleri ve yön sensörlerine ait veri kullanılabilirlik yüzdesi ile ortalamalar Tablo 3.9’da sunulmuştur.
3.6.3 Uzun Dönem Veri
3.6.3.1 Uzun Dönem Veri Seçimi
Potansiyel bir rüzgâr enerji santrali sahasında rüzgâr rejiminin değerlendirilmesi esnasında, sahada kaydedilen verinin uzun dönem bir veri kaynağı ile korele edilerek sahada bulunan uzun dönem rüzgâr rejiminin geçmişe dönük daha uzun bir süreyi temsil etmesi amaçlanır. Çeşme projesinin analizi esnasında kullanılabilecek sahadan elde edilen uzun dönem ölçüm verisi mevcut değildir. Alt yüklenici, x firması tarafından modellenmiş, direk lokasyonundaki merra veri setini bu sahadaki uzun dönem rüzgâr kaynağını belirlerken referans veri seti olarak kullanmıştır.
Sonuç:
Uzun dönem veri seti ile Çeşme direği arasındaki korelasyon katsayısı 0.80 bulunmuştur. Bu korelâsyona dayanarak alt yüklenici, MCP metodolojisini kullanarak Çeşme direği için 1 Ocak 1992 ile 1 Ağustos 2012 tarihlerini kapsayan bir uzun dönem veri seti oluşturmuştur. Alt yüklenici, aynı zamanda aylık rüzgâr hızı ortalamalarını korele ederek hesaplanan uzun dönem veri setinin sonuçlarının doğruluğunu test etmiştir. Sonuç olarak her iki metod ile de ölçüm verilerinin ortalama değerlerinde %8 ’lik bir artış görüldüğü gözlemlenmiştir.
Alt yüklenici, mevcut veriler ile yapılan bu uzun dönem rüzgâr hızı analizinin sahadan alınan rüzgâr verisinin görece kısa süreli olması nedeniyle belirsizliklere maruz olabileceğinin değerlendirmelerde göz önünde bulundurulmasını önermektedir. Danışman, sahada daha uzun süre ile ölçüm yapılmasını takiben sahadaki uzun dönem rüzgâr karakteristiği hesaplamalarının yinelenmesini tavsiye eder.
3.6.4 Analiz Sonuçları
Çeşme sahası enerji analizi aşağıda belirtilen adımlardan oluşmaktadır: Ölçüm verileri kalite kontrole tabi tutulmuştur. Hesaplamalara girdi olarak V1 anemometresi ile D1 yön sensörünün verileri kullanılmıştır. Uzun dönem referans verisi olarak merra veri seti kullanılmış ve MCP metodolojisi uygulanarak ölçüm direği noktasında uzun dönem veri elde edilmiştir. Ölçüm verilerinin önerilen türbin kule yüksekliğine getirilmesi icin ölçülen rüzgâr profili kullanılmış ve saha genelindeki rüzgâr rejimini belirlemek için Çeşme direği kule yüksekliğinde uzun dönem verisi kullanılmıştır. Modellenen rüzgâr kaynağı kullanılarak enerji üretimini maksimize ederken türbinlerin maruz kalabileceği yükleri azaltmak amacıyla bir türbin yerleşim planı optimizasyonu yapılmıştır. Çeşme projesinin enerji üretimi hesapları, wake kayıpları, topografik etkiler, emreamadelik, elektrik kayıplar hava yoğunluğu etkileri ve diğer etkiler hesaba katılarak yapılmıştır.
3.6.4.1 Direk Noktasında Uzun Dönem Rüzgâr Rejimi:
1. Adım: 50 metredeki V1 anemometresinin verileri kullanılmıştır.
2. Adım: Ölçülen rüzgâr hızı verisi ve ölçülen rüzgâr dikey profili uygulanarak önerilen türbin kule yüksekliğine çıkarılmıştır.
3. Adım: Ölçülen ve kule yüksekliğine çıkartılan veriler, ölçüme dayalı uzun dönem veri temin edilemediğinden çeşitli reanalysis ve merra veri setleriyle karşılaştırılmıştır.
MERRA, ERA ve CFSR veri setlerinin her biri için ölçüm direği noktasına en yakın iki veri seti ile korelâsyonlar karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar neticesinde direk noktasında modellenmiş x şirketi veri setinin en iyi korelasyon değerlerini verdiği görülmüştür. Bulunan korelasyon katsayısı olan 0.8 her ne kadar MCP metodolojisi uygulamak için ideal sınırlar içinde değilse de alt yüklenici uzun dönem düzeltmeleri yapmak için en uygun veri seti olarak bunda karar kılmıştır.
3.6.4.2 Sahadaki Uzun Dönem Rüzgâr Rejimi
Çeşme sahası genelindeki uzun dönem rüzgâr rejimi WAsP rüzgâr akış modeli kullanılarak hesaplanmıştır.
3.6.4.3 Rüzgâr Hızının Dikey Ekstrapolasyonu
WasP tarafından hesaplanan ve ölçülen dikey rüzgâr profilleri rüzgâr hızının yükseklik ile değişimini modelleyen Power Kanunu uygulanarak karşılaştırılmıştır. Power kanunu dikey profil katsayısı aşağıdaki formülle hesaplanır.
α: Power Kanunu rüzgâr dikey profil katsayısı,
U : Ortalama rüzgâr hızı,
Z : Yer seviyesinden yükseklik
d : Akışın kaldırılma yüksekliği, ki bu durumda 0 olarak bulunmuştur.
WAsP tarafından modellenen ve ölçülen dikey profil arasında farklar bulunmaktadır. Bu nedenle, alt yüklenici ölçülen profil ile ölçüm verilerinin önerilen kule yüksekliğine yükseltil- mesini uygun bulmuştur.
Çeşme direğinde 91 metreye yükseltilen ölçümler neticesinde bulunan ölçüm periyoduna ve uzun döneme ait rüzgâr hızları aşağıdaki şekildedir:
3.6.4.4 Rüzgâr Modellemesi
Kule yüksekliğinde bulunan uzun dönem rüzgâr hızı kullanılarak WAsP modeli oluşturulmuş ve saha genelindeki kule yüksekliğinde rüzgâr modeli çıkarılmıştır.
Çeşme sahası genel olarak karmaşık topografiye sahip olarak nitelendirilebilir ancak saha genelinde eğim ve yüksekliklerin nispeten homojen dağılıyor olması nedeniyle türbin lokasyonlarındaki rüzgâr hızlarının homojen olarak nitelendirilebileceği görülmüştür.
Karmaşık topografiye sahip alanlarda alt yüklenici tüm önerilen türbin lokasyonlarının ölçüm direğinden 1 km ile 2 km arasında konumlandırılmasını önerir. Çeşme sahasında bu koşulun sağlanmadığı, türbin lokasyonları ve ölçüm direği arasındaki mesafelerin 400 metre ile 3,9 km arasında değiştiği gözlemlenmektedir. Bu nedenle elde edilen sonuçlara dikkatle yaklaşılması tavsiye edilir.
Alt yüklenici, sahada ek ölçümler yapılarak bu belirsizliklerin düşürülmesini tavsiye eder. Her bir türbin lokasyonunda modellenen uzun dönem rüzgâr hızları Tablo 3.16’da verilmiştir. Tüm rüzgâr santrali için uzun dönem rüzgâr hızı Tablo 3.12’de verildiği şekildedir.
Sahadan alınan rüzgâr verilerin bir adet meteorolojik ölçüm direğinden ve kısa dönem olması rüzgâr akış modellemesindeki belirsizliği yükselten faktörler olarak değerlendirilmelidir. Uzun dönem yapılacak ek ölçümler vasıtasıyla bu belirsizliğin düşürülmesi ve analizlerin revizyonu önemle tavsiye edilir.
3.6.4.5 Türbin Yerleşim Planı Optimizasyonu
Hesaplanan uzun dönem ve kule yüksekliğinde rüzgâr kaynağı kullanılarak, rüzgâr programı vasıtasıyla bir yerleşim planı optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon işlemi sırasında türbinlerin enerji üretimlerini maksimize ederken aynı zamanda türbinlerin operasyonel süreçleri boyunca maruz kalabilecekleri yükleri kabul edilebilir seviyelere çekmek amacıyla türbinlerin 14 derece üzeri eğimlere yerleştirilmemesi ve türbinler arası mesafelerin, türbin üreticilerinin tavsiyeleri doğrultusunda, hâkim rüzgâr yönün de 7 rotor çapı ve hâkim rüzgâr yönüne dik olan yönlerde ise 3 rotor çapı olması sağlanmıştır.
3.6.4.6 Uzun Dönem Enerji Üretimi Tahminleri
Her bir türbin lokasyonundaki brüt enerji üretimi tahminleri yukarıda anlatılan rüzgâr modeli ve Tablo 3.7’de verilen türbin güç eğrileri kullanılarak Rüzgâr Programında hesaplanmıştır. Tahmin edilen net enerji üretimleri aşağıda verilmiştir ve aşağıda hesaplanan brüt enerji üretimi değerine bazı kayıp oranları uygulanarak bulunmuştur.
Yerleşim planları için, her bir türbinde beklenen ortalama uzun dönem rüzgâr hızı, brüt enerji üretimi tahminleri ve hesaplanan wake kaybı Tablo 3.13, 3.14 ve 3.15’te sunulmuştur.
Çeşme Projesi 16 MWe 18 MWm olarak tasarlanmıştır. Seçilen türbin Modelleri 3,0 MW olacaktır. Sadece Enercon Marka Rüzgâr Türbini 2,3 MW olarak seçilmiştir. Bundan dolayı Enercon türbinler 8 adet Nordex ve Vestas türbin modelleri ise 6 adet yerleştirilmiştir. Yapılan üretim raporlaması çıkış güçleri olarak 16 MW’a sabitlenerek yapılmıştır. (Curtailment)
Nordex N117 3.0 MW
Vestas V112 3.0 MW
3.6.5 Sonuçlar ve Öneriler
Çeşme sahası için 3 farklı türbin modelini ele alarak bir enerji analizi çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma neticesinde elde edilen sonuçlar ve proje geliştirme aşamasında dikkate alınması tavsiye edilen öneriler şu şekildedir:
1. Geçerli rüzgâr verileri Çeşme sahasında 4,3 yıldır kayıt altına alınmıştır. Bu verilerin analizinden elde edilen sonuçlara dayanarak, saha rüzgâr rejimi ile ilgili aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır.
2. Önerilen göbek yüksekliklerindeki uzun vadeli ortalama rüzgâr hızlarının tahminleriyle ilişkili standart belirsizlikler aşağıdaki tabloda gösterilmektedir. Normal bir dağılım olduğu var- sayılırsa, tahminler için güven sınırları aşağıdaki gibidir:
3. Tasarlanan yerleşim planlarındaki tüm türbinler ölçüm direğinin 1- 2 km yarıçapı içinde kalmaktadır. Çeşme sahası için ölçüm verileri baz alınarak bir enerji analizi yapılmıştır. Net enerji üretimi, saha için ölçülen, kule yüksekliğine aktarılan ve uzun dönem hesaplamaları yapılmış rüzgâr hızları ve türbin güç eğrilerinin dâhil edildiği hesaplamalara dayanmaktadır.
4. Yapılan enerji hesaplaması sonucunda 3 farklı türbin modelleri arasından Nordex N117 3,0 MW ürettiği elektrik miktarı ve kapasite faktörü yönünden ön planda olduğu görülmektedir.
