TR201920004A1 - Rüzgar türbi̇nleri̇nde elektri̇k üreti̇m kapasi̇tesi̇ ve veri̇mi̇ artirmak üzere yeni̇li̇k - Google Patents

Abstract

Buluş, rüzgar enerji sistemlerinde kullanılmak üzere, verimi ve elektrik üretim kapasitesini artıran yeniliklerin uygulandığı bir rüzgar türbini olup, özelliği; enerji depolama birimi (13) ve/veya harici enerji kaynağından (14) aldığı enerji ile elektrik makinesi sürücüsünden (11) aldığı komutlar ışığında, ana şaftı (6) döndürmek üzere tekniğin bilinen halindeki rüzgar türbinlerinin yapısal kayıpları 10 ve kanat aerodinamik yapısının hesaplanan rüzgar geçirgenliğine bağlı devri ile yük altında gerçekleşen devir arasındaki farkı karşılayacak kadar ek enerji, güç aktaran ve/veya ana şafttan (6) aldığı hareket enerjisini elektrik üreteci gibi enerji depolama birimine (13) depolayan elektrik makinesi (1) içermesi, türbin operasyon ve güç kontrol sisteminden (12) aldığı veriler ışığında, elektrik 15 makinesinin (1), elektrik motoru veya elektrik üreteci olarak kullanılmasını sağlayan, bunu regüle ve kontrol eden elektrik makinesi sürücüsü (11) içermesi, türbinin çeşitli bölümlerinde bulunan sensörlerden (10) aldığı verileri analiz eden, iletim hattı 2 (15) ve iletim hattı 3?ü (16) kullanarak enerji depolama birimi (13) elektrik makinesi sürücüsünden (11) veri toplar veya elektrik makinesi 20 sürücüsüne (11) veri gönderen, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) içermesi, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) içerisinde, rüzgâr türbinine etki eden dış kuvvete istinaden, rüzgâr türbininin verim/kazanç dengesini hesaplayan ve enerji depolama birimi (13) ve harici enerji kaynaklarındaki (14) enerji miktarlarına göre, rüzgâr türbininin verim arttırıcı 25 unsurlarını devreye alan ve/veya almayan bir yazılım içermesi, türbin üzerindeki unsurlar ve elektrik makinesindeki (1) verileri toplayan sensörler (10) içermesi, gerekli durumlarda kullanılmak üzere, elektrik makinesi sürücüsüne (11) ve enerji depolama birimine (13) düşük maliyetli, yenilenebilir ve/veya artık, atık enerji sağlayan harici enerji kaynağı (14) içermesi ile karakterize edilmesidir.

Description

TARIFNAME RÜZGAR TÜRBINLERINDE ELEKTRIK ÜRETIM KAPASITESI VE VERIMI ARTIRMAK ÜZERE YENILIK Teknolojik Alan: Bulus, rüzgâr enerji sistemlerinde kullanilan rüzgar türbinlerine uygulanmak üzere, depolanmis ve/veya yenilenebilir farkli harici enerji kaynagi(lari) ile verimi artirmak ve fazladan elektrik üretilmesini saglayan yenilikler ile ilgilidir.

Teknigin Bilinen Durumu: Rüzgâr türbini, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra elektrik enerjisine dönüstüren sistemdir. Rüzgâr, kanatlar vasitasiyla ana safti çevirir. Kanat verimi ne kadar iyi olursa elde edilecek toplam verim o kadar yüksek olur. Ancak bir rüzgâr türbininden elde edilen toplam verim, fizik kurallari geregince %59.3' ten fazla olamaz. Rüzgâr tabiati itibariyla, rüzgâr türbinlerinden dogrusal olmayan ve zamana göre degisen elektrik enerjisi üretilmesine olanak verir. Ve yine rüzgârin tabiati itibari ile rüzgârin yönü ve siddeti degisken özellik gösterir. Rüzgârin bu dis degisken özellikleri rüzgâr türbinlerinin verimini düsürmektedir. Rüzgâr türbinlerinde bahse konu bu verim kaybini ortadan kaldirmak türbin üzerindeki yapilacak olan yenilik ve modernizasyon ile mümkündür. Mevcut türbin yapilanmasina ilaveten düsük maliyetler ile yapilacak olan bu yenilik, modernizasyon rüzgâr türbinlerinden elde edilen kazanci ciddi orada artirmaktadir.

Bilinen teknikte, Aselsan firmasinin “hibrit enerji sistemi" adi altinda tanitimini yaptigi bir sistem bulunmaktadir. Bu sistem elemanlari; günes panelleri, rüzgâr türbinleri, jeneratör ve enerji yönetim birimidir. Sistem çalisma mantigi ise; rüzgâr türbinlerinin ürettigi elektrik enerjisi ve günes panellerinin ürettigi elektrik enerjisi, birbirinden bagimsiz ve farkli hatlardan enerji yönetim birimine iletilmektedir. Elde edilen toplam elektrik enerjisi ise sebekeye dahil edilmektedir. Bu sistemde, her bir kaynak sebekeye baglanmak için gerekli sürücü ve ayiricilari kendi hatti üzerinde bulundurmaktadir. Rüzgar türbini için ayri, günes için ayri sürücü, ayiricilar bulundurulmak zorundadir. Kisacasi, bu sistem hibrit olarak tanimlanmis bir mikro sebeke sistemidir. Bulusumuz farkli enerji kaynaklari ile birlikte enerjilerini mekanik olarak birlestiren bu nedenle de sebekelere tek elektrik sistemi olarak baglanir durumda, rüzgar türbin verimini arttirmaya yönelik entegre hibrit bir yöntemdir. Ilgili sirketin bahsi geçen sistemi, bulusumuzun ana amacina konu olan, rüzgâr türbinlerinin verimini arttirma ve rüzgâr türbinlerinden daha fazla enerji kazanimi saglama özelliklerini içermez.

Ilgili sistem farkli iki yenilenebilir enerji kaynaginin birbirinden bagimsiz olarak bir depolama ve tevzi birimini beslemesini konu alir. Bu çerçevede bulusumuzdan, bagimsiz çalisacak bir GES santralinin de bu sekilde bir sistemle baglanacagi anlami çikmamalidir. Bulusa konu olan hibrit yapi, teknigin bilinen halindeki rüzgar türbinlerinin yapisal kayiplari ve kanat aerodinamik yapisinin hesaplanan rüzgar geçirgenligine bagli devri ile yük altinda gerçeklesen deviri arasindaki farki karsilayacak kadar ek enerji, güç verilmesidir.

WindSteam Teknolojileri adli bir baska t'irma, Jamaika'da sirket çatisina yilda 106.000 kWh'lik enerji üretecek, buna benzer bir sistem Insa etmistir.

WindSteam firmasinin kurmus oldugu bu sistem ASELSAN firmasinin "hibrit enerji” sistemi adli projesi ile ayni çalisma mantigi ile çalismaktadir. Yani, iki farkli yenilenebilir enerji kaynaginin ayni yerde ayni sebekeye farkli hatlardan baglanmasidir. Bu sistemde ASELSAN”in “hibrit enerji sistemi” adli ”mikro sebeke" sistemi amaci ve çalisma mantigi ile aynidir. Her iki sistem de bulusumuzun yenilik ve avantajlarini kapsamamaktadir. Konu ile ilgili su link incelenebilir: (https://www.powerenerji.com/hibrid-enerji-sistemleri-ruzgar- Bir diger uygulama ise Gediz Üniversitesi'nin “hibrit santral” isimli projesidir.

Bulusun hak sahibi 2012 yilinda rüzgâr ve günes enerjisi hibrit sistemine konu olan bu projeyi Izmir Kalkinma ajansi ile hayata geçirmistir. Bu projede diger iki örnek gibi bulusa konu olan yeniligi kapsamamaktadir. Ilgili proje Izmir Kalkinma Ajansi'nin (IZKA) “Yenilenebilir Enerji ve Çevre Teknolojileri Mali Destek Programi”na kabul edilen santral projesidir. Bu proje; günes ve rüzgâr enerjisi birlestirilerek saatte 500 kilovat elektrik elde eden ve Gediz Üniversitesi kampüsünün elektrik ihtiyacinin yüzde GO'ni santral sayesinde karsilayan projedir. Bu sistemde kullanilan yöntemde yukarida bahsi edilen projelerle ayni çalisma mantigina sahiptir ve bulusumuzun temel prensipleri ile benzerlik göstermemektedir. Bahsedilen sistemin anlatildigi link: (httpszl/docplayer.biz.tr/10207000-Gediz-universitesi-hibrit-enerji-santraIi-ve- 100-kw-ruzgar-turbini-uygulamasi.html ) Özetle piyasada hali hazirda tanitimi yapilan ya da “hibrit enerji sistemi" adi altinda uygulanan projeler, iki farkli yenilenebilir enerji kaynaginin birbirinden bagimsiz olarak bir birimi beslemelerini içerir. Bu sistemlerde herhangi büyük bir yenilik söz konusu degildir. Hali hazirdaki yapilar iki farkli yenilenebilir enerji kaynaginin bir sistemde kullanimini temel alan yapilardir.

Tarifname konusu bulusta ise mevcut rüzgâr türbini yapilanmalarinin yenilik ve modernizasyonunu anlatilmaktadir. Bu yenilik ve modernizasyon sayesinde düsük maliyetler ile yüksek verim elde edilir. Bulus bu istemi temin Için mevcut rüzgâr türbinlerine harici bir kaynaktan enerji beslenmesini konu alir. Bu harici enerji kaynagi, çok düsük maliyetlerle depolanarak, türbin üzerinden geri kazanilarak ve/veya yenilenebilir enerji kaynaklarindan elde edilmektedir. Bu sekilde sistem tarafindan kazanilmis ve/veya yenilenebilir kaynaklarindan elde edilmis çok düsük maliyetli bir enerji ile rüzgâr türbini ana saftini ivmelendirerek, alternatör, rulman, enerji hatti, disli, sürtünme, sürücü kayiplarini karsilayarak, bunun yani sira pervanenin aerodinamik yapisinin izin verdigi oranda türbin ana saftini ivmelendirerek yüksek verim elde edilir. Rüzgâr türbinine harici enerji kaynagindan uygulanan bu elektrik enerjisi, rüzgâr türbininin toplam verimini arttirmasini saglayan esas teknik usuldür. Ve yine halihazirda piyasadaki sistem ve uygulamalarda bulunmayan, rüzgâr türbinlerinden fazladan elektrik enerjisi üretilmesini saglayan teknik ve özgün yapilanma bu bulusa esas olan konudur.

Hali hazirda hibrit sistem adi altinda tanitilan sistemlerde birbirinden bagimsiz iki farkli enerji kaynaginin sebekeye baglanmasi söz konusu oldugu için, ayri sürücüler ile kanunen her kaynak için ayri ayri sebeke kesicileri ve ölçüm sistemlerine ihtiyaç vardir. Bulustaki yenilik, mevcut rüzgâr türbini yapilanmalarini kullandigindan dolayi tek bir sebeke kesici ve ölçüm sistemine ihtiyaç duymaktadir. Bulus bu yönü ile de daha düsük maliyet ile ayni benzer islevi gerçeklestirmektedir. Bulus özellikle, tarimsal, kirsal, sulama, seracilik, evsel, sanayi alanlarinda, 50 metre altindaki verimsiz, türbülansli rüzgar alanlarinda verimi arttirmaktadir. Dolayisiyla, rüzgâr enerjisi sistemlerinde düsük bir maliyet ile mevcut verimin yükseltilmesi yoluyla, yüksek verim elde edilmesi saglanmaktadir.

Sonuç olarak, teknigin bilinen durumunun asildigi, dezavantajlarinin giderildigi bir rüzgar türbinine ihtiyaç duyulmaktadir.

Bulusun Kisa Açiklanmasi: Bulus, teknigin bilinen durumunun asildigi, dezavantajlarinin giderildigi, ilave olarak ekstra avantajlar içeren bir rüzgar türbinidir.

Bulustaki ana amaç, bir rüzgâr türbininden elde edilecek verimi arttirmak ve düsük rüzgâr siddetlerinde dahi elde edilen elektrik enerjisini, ana safti ivmelendirerek arttirmaktir. Bu sayede, türbinin güç egrisinde her rüzgâr siddetlerinde rüzgâr türbinlerinden elde edilen toplam elektrik enerjisi arttirilmis olacaktir. Rüzgâr türbinlerinin toplam verimini arttirmak için, ana safti ivmelendirme yöntemi düsük maliyetlerle gerçeklestirilmektedir. Ayrica, ivmelendirme sisteminin ihtiyaci olan enerji çok düsük maliyetlerle depolanarak, türbin üzerinden geri kazanilarak ve/veya yenilenebilir enerji kaynaklarindan elde edilmektedir. Bu sekilde sistem tarafindan kazanilmis ve/veya yenilenebilir kaynaklarindan elde edilmis çok düsük maliyetli bir enerji ile rüzgâr türbini ana saftini ivmelendirerek, alternatör, rulman, enerji hatti, disli, sürtünme, sürücü, kayiplarini karsilayarak, bunun yani sira pervanenin aerodinamik yapisinin izin verdigi oranda türbin ana saftini ivmelendirerek yüksek verim elde etmek bulusun özgün ve yenilikçi amacidir.

Bahsi geçen bu modernizasyon, yenilik, mevcut rüzgâr türbinlerinin elektromekanik yapilanmasi üzerine insa edilen ve yukarida belirtildigi sekilde takat kaynagini farkli, çok düsük maliyetli bir enerji kaynagindan alan bir tahrik yapilanmasini içermektedir.

Bulus hâlihazirda kullanilan rüzgâr türbinlerinde olmayan bir yapilanmayi içermektedir. Özgün ve yenilikçi bu yapilanma enerji kazanimi yönü ile mevcut tüm rüzgâr türbinlerinden daha avantajlidir. Rüzgâr türbinlerinden elde edilen enerji kazanimini arttiran bu yenilikçi yapinin enerji maliyeti çok düsüktür. (Örnegin; yenilenebilir enerji kaynaklari, türbin sebeke baglanti Iimitinden fazla üretilip depolanan enerji.) Kisacasi, çok düsük maliyetlerle kazanilan, elde bulundurulan veya ek olarak üretilen bir enerjiyi, mevcut rüzgâr türbinlerine, bulusun bahsi geçen yöntemleri ile aktarilmasi sonucu, rüzgâr türbinlerinin toplam verimi arttirilmaktadir. Bulus özellikle, tarimsal, kirsal, sulama, seracilik, evsel, sanayi alanlarinda, 50 metre altindaki verimsiz, türbülansli rüzgar alanlarinda verimi arttirmaktadir. Dolayisiyla, rüzgâr enerjisi sistemlerinde düsük bir maliyet ile yüksek verim elde edilmesi bulusun ana amacidir.

Yukarida bahsedilen ve asagidaki detayli anlatimdan ortaya çikacak tüm amaçlari gerçeklestirmek üzere mevcut bulus, rüzgar enerji sistemlerinde kullanilmak üzere, verimi ve elektrik üretim kapasitesini artiran yeniliklerin uygulandigi bir rüzgar türbini olup, özelligi; enerji depolama birimi ve/veya harici enerji kaynagindan aldigi enerji ile ivmelendirioi ek elektrik makinesi sürücüsünden aldigi komutlar isiginda, ana safti daha verimli döndürmek üzere güç aktaran ve/veya ana safttan aldigi hareket enerjisini elektrik üreteci gibi enerji depolama birimine depolayan elektrik makinesi içermesi, türbin operasyon ve güç kontrol sisteminden aldigi veriler isiginda, mevcuda eklenen elektrik makinesinin, elektrik motoru veya elektrik üreteci olarak kullanilmasini saglayan, bunu regüle ve kontrol eden elektrik makinesi sürücüsü içermesi, türbinin çesitli bölümlerinde bulunan sensörlerden aldigi verileri analiz eden, iletim hatti 2 ve iletim hatti 3'ü kullanarak enerji depolama birimi ile elektrik makinesi sürücüsünden veri toplayan veya elektrik makinesi sürücüsüne veri gönderen, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi içermesi, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi içerisinde, rüzgâr türbinine etki eden dis kuvvete istinaden, rüzgâr türbininin verim/kazanç dengesini hesaplayan ve enerji depolama birimi ve harici enerji kaynaklarindaki enerji miktarlarina göre, rüzgâr türbininin verim arttirici unsurlarini devreye alan ve/veya almayan bir yazilim içermesi, türbin üzerindeki unsurlar ve elektrik makinesindeki verileri toplayan sensörler içermesi, gerekli durumlarda kullanilmak üzere, elektrik makinesi sürücüsüne ve enerji depolama birimine düsük maliyetli, yenilenebilir ve/veya artik, atik, enerji saglayan harici enerji kaynagi içermesi ile karakterize edilmesidir.

Sekillerin Açiklanmasi: Bulus, ilisikteki sekillere atifta bulunularak anlatilacaktir, böylece bulusun özellikleri daha net anlasilacaktir. Ancak, bunun amaci bulusu bu belli düzenlemeler ile sinirlamak degildir. Tam aksine, bulusun ilisikteki istemler tarafindan tanimlandigi alani içine dâhil edilebilecek bütün alternatif, degisiklik ve denkliklerinin kapsanmasi da amaçlanmistir. Gösterilen ayrintilar, sadece mevcut bulusun tercih edilen düzenlemelerinin anlatimi amaciyla gösterildigi ve hem yöntemlerin sekillendirilmesinin, hem de bulusun kurallari ve kavramsal özelliklerinin en kullanisli ve kolay anlasilir tanimini saglamak amaciyla sunulduklari anlasilmalidir. Bu çizimlerde; Sekil- 1 Bulus konusu rüzgar türbinine yönelik temsili görünümdür.

Bu bulusun anlasilmasina yardimci olacak sekiller ekli resimde belirtildigi gibi numaralandirilmis olup isimleri ile beraber asagida verilmistir.

Referanslarin Açiklanmasi: Elektrik makinesi Alternatör Kaplin Planet disli kutusu Ana saft Pervane konisi 959399953." Pervane 9. Iletim hatti 1 .8ensörler 11.Elektrik makinesi sürücüsü 12.Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi 13.Enerji depolama birimi 14.Harici enerji kaynagi .Iletim hatti 2 16.Iletim hatti 3 17.Iletim hatti 4 18.Iletim hatti 5 19.Iletim hatti 6 .Sebeke kesici ve ölçüm sistemi 21.Sebeke Bulusun Açiklanmasi: Bu detayli açiklamada bulus konusu rüzgar türbini sadece konunun daha iyi anlasilmasina yönelik olarak, hiçbir sinirlayici etki olusturmayacak örneklerle açiklanmaktadir. Tarifnamede, rüzgâr enerji sistemlerinde kullanilan rüzgar türbinlerine uygulanmak üzere, depolanmis ve/veya yenilenebilir farkli harici enerji kaynagi(lari) ile verimi artirmak ve fazladan elektrik üretilmesini saglayan yenilikler anlatilmaktadir.

Rüzgâr türbinlerinden elektrik enerjisi elde edilmesi türbine etki eden rüzgârin siddetine baglidir. Rüzgâr, yapisi itibari ile her zaman türbine yüksek ve dengeli bir deger ile etki etmez. Rüzgârin bu düsük ve degisken kiymetleri dolayisiyla elde edilen enerji miktarinda azalma olur. Bu durum, türbinden elde edilen toplam faydanin türbinin nominal gücüne oranla düsük olmasi sebebiyle rüzgâr enerjisi sistemleri için bir problemdir.

Bulus bir önceki paragrafta bahsi geçen problemi ortadan kaldirmak amaciyla mevcut rüzgâr türbini bilesenlerini kullanarak ve yazilima bagli bir ivmelendirici ilave ederek, verimin düstügü noktalarda ivmelendirici ile enerji yüklenmesi yaparak, düsük bir maliyet ile yüksek kazanç elde etmek amacini güder.

Tarifname konusu bulustaki rüzgâr enerjisi sistemlerinde, düsük rüzgâr siddetlerinde dahi elde edilen verimi yükseltmek amaciyla, ana saft (6) üzerindeki mevcut dairesel hareket rüzgar enerjisine ek olarak dis enerji etkisi ile ivmelendirilir. Bu dis etkinin enerji kaynagi; yenilenebilir enerji kaynaklari, depolanmis enerji, nükleer enerji, hidrojen enerjisi, su gazi ve istege bagli diger çok düsük maliyetli enerji kaynaklaridir. Bu ivmelendirici enerji kaynagi, sistemin kurulu oldugu alan içerisinde ve/veya haricen getirilecek ucuz kaynaklardan elde edilir. Ana safta (6) etki eden ve ana safta (6) haricen bir dairesel dönme hareketi saglayan yapi, yine ayni ana saft (6) üzerine konumlandirilmis elektrik makinesidir (1). Elektrik makinesi (1) ve onu süren yazilim ayrica, rüzgâr türbininden toplam elde edilen elektrik enerjisinin dogrusal ve stabil olmasini saglar. Bu çalisma sekli; türbin ana saftina (6) dogrudan bagli olan elektrik makinesinin (1), ayni zamanda hem elektrik motoru hem de elektrik üreteci olarak kullanilmasi ile ilgilidir.

Elektrik makinesi (1), rüzgâr türbini yapilanmasinda ayrica elektrik üretici unsur olarak da görev yapmaktadir. Elektrik makinesi (1), kullanici tarafindan belirlenen referans araliklari ile çalisma zamanlarinda ana safttan (6) aldigi fazla enerji ile elektrik üretici unsur görevini yürütmektedir. Elde ettigi elektrik enerjisini elektrik makinesi sürücü birimi (11) üzerinden enerji depolama birimine aktarir.

Elektrik makinesi (1), ana saftin (6) kullanici tarafindan belirlenen parametrelerine istinaden hem elektrik motoru, hem de elektrik üretici birim olarak kullanilmasi bu alanda yapilmis bir yenilik olmasi yaninda toplam verimi arttiran fonksiyonel bir yapidir.

Bahsi geçen elektrik makinesinin (1) çalisma paternlerinin (elektrik motoru ve elektrik üreteç) belirlenmesi, belirlenen bu çalisma paternine istinaden safta uygulanacak dairesel döndürme hareketi ve yüklenecek torkun elektriksel degeri, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi tarafindan belirlenir. Ve buradan verilen komut ile elektrik makinesi sürücü birimi (11) üzerinden türbin ana saftina (6) aktarilmak üzere elektrik makinesine (1) uygulanir. Türbinin otomasyon ve güç kontrol sistemi tarafindan verilen tüm komutlar, tüm rüzgâr türbininin belli bir hesap ve bir mantik ile çalismasini temin için yenilikçi ve özgün bir yazilim kullanmaktadir.

Sekil 1'de bulus konusu yeniligin uygulandigi rüzgar türbini temsili görünümü verilmektedir. Bulus konusu rüzgar türbininin en önemli unsuru, yeniligi saglayan elektrik makinesi (1) olup, hali hazirda yeni üretilen veya kullanimda olan rüzgar türbinlerine entegre edilebilmektedir. Elektrik makinesi (1), elektrik motoru ve elektrik üreteci birim olarak iki farkli çalisma paterni ile çalisan ve kullanilan yapidir. Rüzgâr türbin yapilanmasinin (varsa disli kutusu, pervane (8), alternatör (3) vb. yapilar) aerodinamik ve elektrikî aksamlarinin matematiksel baglamda mukavemetleri imkâni dogrultusunda, rüzgâr türbini verimini arttirmak maksadiyla ana safti (6), harici enerji kaynagi (14) ve enerji depolama biriminden (13) aldigi enerji ile ivmelendirir. Bu sekilde gerektiginde elektrik motoru olarak ivmelendirme amaçli, gerektiginde elektrik üreteci olarak enerji depolama ve yük amaçli olarak, ana safta (6), mekanik sekilde yük uygular. Ana saftin (6) daha önceden türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) tarafindan belirlenen referanslar içindeki hareketleri takip edilir. Pervane (8) kanatlarina etki eden rüzgâr siddetinin düsmesi ile ana saftin (6) devir sayisinin azalmasi ve buna istinaden üretilen toplam elektrik enerjisinin seviyesinin düsmesi/azalmasi sirasinda, elektrik makinesi (1) motor olarak mekanik ek güç aktarir. Tersi durumlarda da elektrik üreteci olarak ana safttan (6) aldigi mekanik enerjiyi dogrudan bagli oldugu enerji depolama birimine (13) aktararak elektik enerjisi üretir.

Rüzgar türbininde yer alan flans (2), türbin alternatörü (3) ile elektrik makinesini (1) birbirine irtibatlayan yardimci ara birim olup, alternatör (3) rüzgâr türbinin dairesel hareketini elektrik enerjisine çevirmektedir. Kaplin (4), alternatör (3) ile planet disli kutusunu (5) birbirine irtibatlayan unsur olup, disli kutusu bulunmayan dogrudan sürüslü rüzgâr türbinlerinde bulunmamaktadir. Planet disli kutusu (5), pervane (8) kanatlarindan elde edilen dairesel hareketi, disli çarklar vasitasiyla devrini artirarak, alternatöre (3) aktarir. Ana saft (6) kanatlardan elde edilen dönme hareketinin dairesel ve dogrudan aktarildigi birimdir. Pervane konisi (7) rüzgâr türbininde kanat açilarini degistirerek rüzgâr türbin verimini, üretilen gücün ve pervane (8) devrinin kontrolünü saglar.

Pervane (8) esen rüzgârin ana safti (6) dairesel olarak hareket ettirmesi amaciyla belli bir açiyla yerlestirilmis veya rüzgârin siddetine göre otonom açisi degisen rüzgâr türbinin hareketli aksamidir.

Bulusta yer alan iletim hatti 1 (9), elektrik makinesi (1) ile elektrik makine sürücüsü (11) arasindaki güç transferini yapmaktadir. Türbin sensörleri (10) türbin üzerindeki ve elektrik makinesindeki(1) tüm verilerin toplanmasini saglar.

Bu veriler ilgili baglanti elemani (kablolu veya kablosuz) ile türbin operasyon ve güç kontrol sistemine(12) aktarilir.

Elektrik makinesi sürücüsü (11), elektrik makinesinin (1) güç kontrol birimidir. Bu elektronik ünite elektrik makinesinin (1), elektrik motoru veya elektrik üreteci olarak kullanilmasini saglayan, bunu regüle ve kontrol eden yapidir. Sözü edilen çalisma paternlerinin saglanmasi amaciyla, türbin operasyon ve güç kontrol sisteminden (12) alakali bilgileri alir. Bu sekilde gerektiginde elektrik makinesi (1), elektrik motoru olarak ivmelendirme amaçli, gerektiginde elektrik üreteci olarak enerji depolama ve yük amaçli olarak çalistirarak, ana safta (6), mekanik sekilde ihtiyaç olan yükü uygulatir. Ana saftin (6) daha önceden türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) tarafindan belirlenen referanslar içindeki hareketleri takip edilir. Kanatlara etki eden rüzgâr siddetinin düsmesi ile ana saftin (6) devir sayisinin azalmasi ve buna istinaden üretilen toplam elektrik enerjisinin seviyesinin düsmesi/azalmasi sirasinda, elektrik makinesi sürücüsü (11), elektrik makinesini (1) motor olarak sürer ve mekanik ek güç aktarir. Tersi durumlarda da elektrik üreteci olarak ana safttan (6) elektrik makinesinin (1) aldigi mekanik enerjiyi dogrudan bagli oldugu enerji depolama birimine (13) elektrik enerjisi olarak depolar.

Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12), türbinin çesitli bölümlerinde bulunan türbin sensörlerinden (10) aldigi verileri analiz eden ve türbini bir yazilima bagli olarak yöneten birimdir. Elektrik makinesinin (1) çalisma kriterleri de (elektrik motoru veya elektrik üreteç) elde edilen bu verilere istinaden belirlenir. Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12), iletim hatti 2 (15) ve iletim hatti 3'ü (16) kullanarak enerji depolama birimi (13) elektrik makinesi sürücüsünden (11) veri toplar veya gönderir. Böylece aralarindaki çift yönlü data transferini saglar. Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12), sensörlerden (10) aldigi verilere istinaden rüzgâr türbininin çalisma ve performans metotlarini bir düzen ve mantik ile yapmaktadir. Rüzgâr türbinin tüm donanimlarinin (alternatör (3), elektrik makinesi (1), elektrik makinesi sürücüsü (11), enerji depolama birimi (13), harici enerji kaynaklari (14)) bir uyum içerisinde ana amaca hizmet etmesini, türbin operasyon ve güç kontrol sistemindeki (12) yazilim gerçeklestirmektedir. Bu yazilim; rüzgâr türbinine etki eden dis kuvvete istinaden, rüzgâr türbininin verim/kazanç dengesini hesaplar ve enerji depolama birimi (13) ve harici enerji kaynaklarindaki (14) enerji miktarlarina göre, rüzgâr türbininin verim arttirici unsurlarini devreye alir yada çikartir.

Bulusta yer alan enerji depolama birimi (13), türbin yapisinin elde ettigi fazla veya artik elektrik enerjisinin depolama elemanlari ile depolandigi yerdir. Harici enerji kaynagi (14), elektrik makinesi sürücüsüne (11) ve enerji depolama birimine (13) düsük maliyetli, yenilenebilir ve/veya artik, atik enerji saglayan kaynaktir. Burada bahsedilen harici enerji kaynagi (14) çok düsük maliyetlerle depolanarak, türbin üzerinden geri kazanilan ve/veya yenilenebilir kaynaklarindan herhangi biri olabilir. Iletim hatti 2 (15), otomasyon ve güç kontrol sistemi(12) ile elektrik makine sürücüsü (11) arasindaki data akisini saglar. Iletim hatti 3 (16) otomasyon ve güç kontrol sistemi (12) ile enerji depolama birimi (13) arasindaki data akisini saglar. Iletim hatti 4 (17), elektrik makine sürücüsü (11) ile enerji depolama birimi(13) arasindaki enerji akisini saglar ve iletim hatti 6 (19) ile irtibatlidir. Iletim hatti 5 (18), elektrik makine sürüsü (11) ile enerji depolama birimi (13) arasindaki enerji transferini saglar.

Bu enerji transferi çift yönlüdür. Iletim hatti 6 (19) harici enerji kaynagi (14) ile enerji depolama birim (13) arsindaki enerji transferini saglar. Çift yönlüdür.

Sebeke kesici ve ölçüm sistemi (20), sebekeye (21) baglanmak için kanunen gerekli teçhizati kapsar. Sebeke (21), sehir enerji dagitim/iletim sistemi ve/veya öz tüketime yönelik dahili enerji hatlaridir.

Yeniliklerin uygulandigi rüzgar türbininin çalisma sekli tarifnamenin devaminda açiklanmaktadir. Bir rüzgar türbini, pervane (8)i pervane konisi (7) ve ana saft (6) ile pervanede (8) üretilen enerjiyi alternatöre (3) tasir. Türbin dogrudan sürüslü ise ana saft (6) dogrudan alternatöre (3) baglidir. Türbin disli kutulu (5) ise planet disli kutusu (5) ve kaplin (4) ile alternatöre (3) baglidir. Her durumda, ana saft (6) elektrik motoru ve elektrik üreteci birim olarak iki farkli çalisma paternine sahip elektrik makinesine (1) yük aktarir ya da yük alir. Elektrik makinesi (1) flans (2) ile alternatör (3) safti üzerinden, ana saftla (6) irtibatlandirilir. Bu sekilde, elektrik makinesi (1) gerektiginde elektrik motoru olarak ivmelendirme amaçli, gerektiginde elektrik üreteci olarak enerji depolama ve yük amaçli olarak, ama safta (6), mekanik sekilde yük uygular. Ana saftin (6) daha önceden türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) tarafindan belirlenen referanslar içindeki hareketleri, rüzgar verileri ile sensörlerden (10) gelen veriler takip edilir. Pervane (8) kanatlarina etki eden rüzgâr siddetinin düsmesi ile ana saftin (6) devir sayisinin azalmasi ve buna istinaden üretilen toplam elektrik enerjisinin seviyesinin düsmesi/azalmasi durumunda, elektrik makinesi (1) motor olarak mekanik ek güç aktarir. Tersi durumlarda da elektrik üreteci olarak ana safttan (6) aldigi mekanik enerjiyi dogrudan bagli oldugu enerji depolama birimine (13) aktarilmak üzere elektik enerjisi üretir.

Türbinler, yapisi geregi rüzgar hizina bagli olarak her rüzgar hizina karsilik gelen degerde farkli bir güç üretir. Bu üretim sirasinda pervaneden (8) elde edilen enerji, alternatör, rulman, enerji hatti, disli, sürtünme, sürücü kayiplar nedeniyle bilesenlerin yapilarina bagli olarak belli bir oranda azalir. Bu kayip türbinin her üretim degerine tekabül eden belli bir orandadir. Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12), sensörlerden (10) aldigi veriler ve yazilim algoritmasindaki hesaplamalar ile elektrik makinesini (1) kayip oraninda Türbin yapisi geregi rüzgar hizina bagli olarak her rüzgar hizina karsilik gelen degerde farkli bir güç üretir. Pervanenin (8) yapisal durumuna bagli olarak her rüzgar hizinda üretebilecegi gücü üretirken ve ayni rüzgar hizinda yüksüz yani bosta iken dakikadaki dönme hizlari bellidir. Elektrik makinesi (1) bu iki hiz arasindaki devir dakika farki kadar, pervaneyi (8) önceden birikmis enerjiyi kullanarak ivmelendirir. Bulusun saglayacagi fayda, türbin toplam kayiplari ile pervanenin (8) yüklü ve yüksüz durumlarindaki devir farki kadar devir artisi için eklenecek güçlerin toplamidir. Bu iki güç toplami kadar olan enerji elektrik makinesinin (1) hesaplanan deger kadar ana safti (6) ivmelendirmesi ile gerçeklesir. Ivmelendirme için kullanilan enerji yukarida izah edildigi sekilde çok düsük maliyetlidir. Ivmelendirme enerjisi önceden depolanmis veya yenilenebilir enerji kaynaklari ile anlik üretilmekte olan düsük maliyetli enerjidir. Flans (2), türbin alternatörü (3) ile elektrik makinesini (1) birbirine irtibatlayan yardimci ara birimdir. Alternatör (3), rüzgâr türbinin dairesel hareketini elektrik enerjisine çeviren birim, kaplin (4), alternatör (3) ile disli kutusunu birbirine irtibatlayan birimdir. Disli kutusu bulunmayan dogrudan sürüslü rüzgâr türbinlerinde bulunmaz. Planet disli kutusu (5), kanatlardan elde edilen dairesel hareketi, disli çarklar vasitasiyla katlarla alternatöre (3) aktarir. Ana saft (6), kanatlardan elde edilen dönme hareketinin dairesel dogrudan aktarildigi birimdir. Pervane konisi (7), rüzgâr türbininde kanat açilarini degistirerek rüzgâr türbin verimini, üretilen gücün ve pervane (8) devrinin kontrolünü saglar. Pervane (8)i esen rüzgârin ana safti (6) dairesel olarak hareket ettirmesi amaciyla belli bir açiyla yerlestirilmis veya rüzgârin siddetine göre otonom açisi degisen rüzgâr türbinin hareketli aksamidir. Iletim hatti 1 (9), elektrik makinesi (1) ile elektrik makine sürücüsü (11) arasindaki güç transferini yapar. Türbin sensörleri (10) türbin üzerindeki ve elektrik makinesindeki (1) tüm verilerin toplanmasini saglar. Bu bilgiler ilgili baglanti elemani ile türbin operasyon ve güç kontrol sistemine (12) aktarilir. Elektrik makinesi sürücüsü (11), elektrik makinesi (1) güç kontrol birimidir. Bu elektrik makinesinin (1) elektrik motoru veya elektrik üretici birim olarak kullanilmasini saglayan ve bunu regüle eden, ayni zamanda dengeleyen yapidir. Sözü edilen çalisma paternlerinin belirlenmesi amaciyla türbin operasyon ve güç kontrol sisteminden (12), ana saftin (6) mevcut durumu ile ve sebekeye basilan güç ile alakali bilgileri alir. Ana saftin (6) daha önceden belirlenen referanslar içindeki hareketleri neticesinde (kanatlara etki eden rüzgâr siddetinin düsmesi ile ana saftin (6) devir sayisinin azalmasi ve buna istinaden üretilen toplam elektrik enerjisinin seviyesinin düsmesi/azalmasi) elektrik makinesine (1), dogrudan bagli oldugu enerji depolama birimi (13) ve/veya harici elektrik kaynaklari (14) tarafindan enerjiyi yine daha önceden belirlenen degerlerde veya kanatin aerodinamik olarak direnç göstermeden çikabilecegi en yüksek devirde. dolayisiyla güçte uygular.

Rüzgâr türbinin sebekeye baglama güç limitinin altinda üretim yaptigi anlarda, daha önceden depolanmis olan enerji (13), elektrik makinesi (1) tarafindan türbinin alternatörüne (3) türbinin mekanik yapisi üzerinden ek güç vererek söz konusu depolanmis enerjinin (13) sebekeye aktarimi (21) saglanir. Böylece türbin mevcut rüzgâr hizinda üretmesi gereken enerjiyi üretirken ayni anda daha önceden biriktirilmis ek enerjiyi de birlikte sebekeye basmayi gerçeklestirir. Sistem sebekeye (21) bagli olmadan da ayni özelliklerde çalismaya devam edecektir. Bu durumda öz tüketim noktasi talebi azami ölçüde karsilanacak talep fazlasi yine depolanacaktir. Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12), türbinin çesitli bölümlerinde bulanan türbin sensörlerinden (10) aldigi verileri analiz eden ve türbini yöneten birimdir. Elektrik makinesinin (1) çalisma usulü (elektrik motoru veya elektrik üreteç) elde edilen bu verilere istinaden belirlenir. Türbin operasyon ve güç kontrol sistemi(12), sensörlerden (10) aldigi bu verilere istinaden rüzgâr türbininin bu çalisma ve performans metotlarini bir düzen ve mantik ile yapmaktadir. Rüzgâr türbinin tüm donanimlarinin (alternatör (3), elektrik makinesi (1), elektrik makinesi sürücüsü (11), enerji depolama birimi (13), harici enerji kaynaklari (14)) bir ahenk ile ana amaca hizmet etmesini, türbin operasyon ve güç kontrol sistemindeki (12) yazilim gerçeklestirmektedir. Bu yazilim; rüzgâr türbinine etki eden dis kuvvete istinaden, rüzgâr türbininin verim/kazanç dengesini hesaplar ve enerji depolama birimi (13) ve harici enerji kaynaklarindaki (14) enerji miktarlarina göre, rüzgâr türbininin verim arttirici unsurlarini devreye alir ya da çikartir.

Piyasada halihazirda tanitimi yapilan ya da uygulanan “hibrit enerji sistemi” adi altindaki projeler, iki farkli yenilenebilir enerji kaynaginin birbirinden bagimsiz olarak bir birimi beslemelerini içerir. Bu sistemlerde herhangi büyük bir yenilik söz konusu degildir. Halihazirda kullanilagelen iki farkli yenilenebilir enerji kaynaginin bir sistemde kullanilmasini konu alan yapilardir. Hâlihazirda hibrit sistem adi tanitilan sistemlerde birbirinden bagimsiz iki farkli enerji kaynaginin sebekeye (21) baglanmasi söz konusu oldugu için, kanunen iki adet sebeke kesici ve ölçüm sistemine (20) ihtiyaç vardir. Bulustaki yenilik, mevcut rüzgâr türbini yapilanmalarini kullandigindan dolayi tek bir sebeke kesici ve ölçüm sistemine (20) ihtiyaç duymaktadir. Bulus bu yönü ile de daha düsük maliyet ile benzer islevi gerçeklesmektedir.

Claims (11)

ISTEMLER

1- Bulus, rüzgar enerji sistemlerinde kullanilmak üzere, verimi ve elektrik üretim kapasitesini artiran yeniliklerin uygulandigi bir rüzgar türbini olup, özelligi; enerji depolama birimi (13) ve/veya harici enerji kaynagindan (14) aldigi enerji ile elektrik makinesi sürücüsünden (11) aldigi komutlar isiginda, ana safti (6) döndürmek üzere güç aktaran ve/veya ana safttan (6) aldigi hareket enerjisini elektrik üreteci gibi enerji depolama birimine (13) depolayan elektrik makinesi (1) içermesi, türbin operasyon ve güç kontrol sisteminden (12) aldigi veriler isiginda, elektrik makinesinin (1), elektrik motoru veya elektrik üreteci olarak kullanilmasini saglayan, bunu regüle ve kontrol eden elektrik makinesi sürücüsü (11) içermesi, türbinin çesitli bölümlerinde bulunan sensörlerden (10) aldigi verileri analiz eden, iletim hatti 2 (15) ve iletim hatti 3”ü (16) kullanarak enerji depolama birimi (13) ile elektrik makinesi sürücüsünden (11) veri toplayan veya elektrik makinesi sürücüsüne (11) veri gönderen, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) içermesi, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) içerisinde, rüzgâr türbinine etki eden dis kuvvete istinaden, rüzgâr türbininin verim/kazanç dengesini hesaplayan ve enerji depolama birimi (13) ve harici enerji kaynaklarindaki (14) enerji miktarlarina göre, rüzgâr türbininin verim arttirici unsurlarini devreye alan ve/veya almayan bir yazilim içermesi, türbin üzerindeki unsurlar ve elektrik makinesindeki (1) verileri toplayan sensörler (10) içermesi, gerekli durumlarda kullanilmak üzere, elektrik makinesi sürücüsüne (11) ve enerji depolama birimine (13) düsük maliyetli, yenilenebilir ve/veya artik, atik enerji saglayan harici enerji kaynagi (14) içermesi ile karakterize edilmesidir.

2- Istem 17e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; türbin alternatörü (3) ile elektrik makinesini (1) birbirine irtibatlayan flans (2) içermesidir.

3- Istem 1'e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; elektrik makinesi (1) ile elektrik makine sürücüsü (11) arasindaki güç transferini yapan iletim hatti 1 (9) unsurunu içermesidir.

4- Istem 1'e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; türbin yapisinin elde ettigi fazla veya artik elektrik enerjisinin depolama elemanlari ile depolandigi, gerekli durumlarda elektrik makinesine (1) enerji tedariki saglayabilen enerji depolama birimi (13) içermesidir.

5- Istem 1'e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; otomasyon ve güç kontrol sistemi (12) ile elektrik makine sürücüsü (11) arasindaki data akisini saglayan iletim hatti 2 (15) unsurunu içermesidir.

6- Istem 1'e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; otomasyon ve güç kontrol sistemi (12) ile enerji depolama birimi (13) arasindaki data akisini saglayan iletim hatti 3 (16) unsurunu içermesidir.

7- Istem 1'e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; elektrik makine sürücüsü (11) ile enerji depolama birimi (13) arasindaki enerji akisini saglayan ve iletim hatti 6 (19) ile irtibatli olan iletim hatti 4 (17) unsurunu içermesidir.

8- Istem 1ie uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; elektrik makine sürüsü (11) ile enerji depolama birimi (13) arasindaki enerji transferini çift yönlü olarak saglayan iletim hatti 5 (18) unsurunu içermesidir.

9- Istem 1'e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; harici enerji kaynagi (14) ile enerji depolama birim (13) arsindaki enerji transferini çift yönlü olarak saglayan iletim hatti 6 (19) unsurunu içermesidir.

10- Istem 1”e uygun bir rüzgar türbini olup, özelligi; harici enerji kaynaginin (14) geri kazanilan ve/veya yenilenebilir enerji kaynaklarindan herhangi biri olmasidir.

11- Bulus, rüzgar enerji sistemlerinde kullanilmak üzere, verimi ve elektrik üretim kapasitesini artiran yeniliklerin uygulandigi bir rüzgar türbininin çalisma yöntemi olup, özelligi; türbin üzerinde yer alan sensörlerin (10) enerji depolama birimi (13), elektrik makinesi (1), elektrik makinesi sürücüsü (11), ana safi (6) ve pervane (8) kanatlarindan aldigi verileri türbin operasyon ve güç kontrol sistemine (12) iletmesi, türbin operasyon ve güç kontrol sistemi (12) içerisindeki yazilimin, sensörlerden (10) gelen veriler ile türbin kazanç, kayip ve verim hesaplarini gerçeklestirmesi, hesaplarin sonucuna göre türbin operasyon ve güç kontrol sisteminin (12) elektrik makinesi sürücüsüne (11), elektrik makinesinin (1) ana safti (6) döndürmek üzere yük uygulamasi ve/veya ana safttan (6) gelen hareketi elektrik enerjisine çevirerek enerji depolama birimine (13) aktarmasi komutunu vermesi, elektrik makinesi sürücüsünün (11), türbin operasyon ve güç kontrol sisteminden (12) gelen komutlara uygun olarak elektrik makinesini (1) çalistirmasi ile karakterize edilmesidir.