20 GW’A GİDEN YOLDA EN SIK YAŞANILAN 5 RÜZGAR ÖLÇÜM HATASI VE PRATİK ÇÖZÜM ÖNERİLERİ

ÖZET

2023 20000MW hedefine giden yolda oldukça önemli bir dönüm noktası olan Nisan 2015 lisans başvurularında, teknik ve yasal olarak zorunlu olan rüzgar ölçümleri için 1400’ün üzerinde rüzgar ölçüm direğinin, Türkiye’nin çeşitli bölgelerinde kurulduğu bilinmektedir. Uzun süredir rüzgar enerji santralleri için lisans başvurusunun kabul edilmemiş olması ile bu süreçte değişen yasal mevzuatlar talep artışının başlıca sebepleri olarak sayılabilir. Diğer taraftan kısa süre içerisinde çok sayıda ölçüm direğinin kurulması kritik hataları da beraberinde getirmiştir. Bu çalışma kapsamında, en sık yaşanan 5 sorun incelenmiş ve çözüm önerileri paylaşılmıştır.

GİRİŞ

 

Son yıllardaki rüzgar enerjisinin sektörel trendi incelendiğinde her yıl bir önceki yıla göre yaklaşık %30 yeni kurulu güce sahip olan sektör gerek ulusal hedefler gerekse enerji talebinin doğrumuş olduğu bir gereklilikle bu hızlı büyümesini sürdürmek konusunda tüm taraflarca hemfikirdir. Bir rüzgar enerji santralinin kurulumundaki ilk ve en önemli basamaklardan birisi olan rüzgar ölçümü ise, santralin tüm çalışma ömrüne ışık tutacak nitelikteki teknik verilerin toplandığı, yatırımın seyrine yön veren bir süreçtir. Bu sebeple sürdürülebilir ve güven veren bir sektörün oluşması için, yapılan yatırımların minimum belirsizlikle hayat bulması tüm sektör bileşenleri adına önem taşımaktadır. Bunun için de yatırımcının herşeyden önce minimum veri kaybı ve minimum belirsizlikle ölçüm sürecini atlatması kritik önemlidir. Nisan 2015 başvuruları için geçen süreçte Türkiye’deki en yoğun rüzgar ölçüm direği kurulumu yaşamış, bu durum sektörel olarak bir çok tecrübenin yaşanmasına sebep olmuştur. Kurulumlar sırasında yaşanan en sık beş hata ve çözümleri aşağıda paylaşılmıştır.

 

  1. TOPRAKLAMA HATALARI

 

Bir rüzgar ölçüm direğinin topraklanması iki başlık altında incelenmelidir. Bunlardan ilki ölçüm sisteminin tamamını yıldırım riskine karşı koruyabilmek için kullanılan, rüzgar ölçüm direğinin en üst noktasında konumlandırılmış bakır yıldırım yakalama çubuğunun topraklanması, diğeri ise data kablolarında yer alan koruyucu kılıfın ve data loggerın manyetik etkilere ve yıldırım geçişlerine karşı topraklanmasıdır.

 

Sahada meteorolojik risklere açık olarak çalışan ve çoğunlukla de yüksek rakımlı noktalarda görev yapan rüzgar ölçüm direkleri, yıldırıma karşı savunmasız durumdadır. Bu riski minimize etmek için, rüzgar ölçüm direğinin en üst noktasında bir yıldırım yakalama çubuğu kullanılmalı, bu çubuk bakırdan imal edilmiş, uç kısmı sivriltilmiş ve 60 derecelik koruma koniği altında tepe anemometresini koruyacak şekilde direğe konumlandırılmış olmalıdır. Yakalama çubuğunun türbülans yaratarak rüzgar akışını engellemeyecek şekilde konumlandırılmasına dikkat edilmelidir. Yıldırım yakalama çubuğu herhangi bir direnç oluşturmayacak şekilde ve en az 70mm2 kesit alanına sahip bir bakır kablo ile, direğin metal aksamından tamamen yalıtılarak zemine indirilmelidir. Bakır yakalama çubuğunun, rüzgar ölçüm direği gövdesi üzerinden topraklanmaya çalışılması çok büyük toprak direncinin oluşmasına sebep olduğu için kesinlikle tercih edilmemesi gereken hatalı bir uygulamadır. Sıkça karşılaşılan hataların bir diğeri ise bu bakır çubuğun toprakla ilişkilendirilmesinin düzgün yapılamaması gelmektedir. Direk gövdesinden yalıtılarak zemine indirilen topraklama kablosunu yine bir bakır çubuk yada genişletilmiş bakır plaka ile gömülmeli, mutlak suretle topraklama direnci kontrol edilmelidir. Rüzgar ölçüm direği uygulamalarında genellikle 10ohm ve altı topraklama dirençleri yeterli kabul edilmektedir ancak riskin yüksek olduğu yerlerde yada güvenliğin daha yüksek olması istenen uygulamalarda 5ohm ve altı direnç hedeflenmelidir. Çevre etkileri tartışmalı olsa dahi kimi uygulamalarda toprağa gömülen ekipmanların direnç düşürücü kimyasallar yardımıyla gömülmesi, hedef topraklama dirençlerine ulaşmakta yardımcı olduğu bilinmektedir. Ayrıca zemine ulaşan topraklama kablosunun kaz ayağı uygulaması yapılarak toprağa gömülmesi yine direnç düşüşünü destekleyecektir. Yıldırıma karşı maksimum koruma sağlamak için yıldırım yakalama çubuğunun en üst noktasından, toprağa gömülen bakırın en alt noktasına kadar en düşük direnci yakalamak ana hedef olmalı ve bu hedeften uzaklaşılmasını sağlayacak; direnç yaratacak ek bağlantı noktaları, klamens bağlantılarının gevşek bırakılması gibi hatalardan kaçınılmaya özen gösterilmelidir.

 

Çok önemli bir diğer topraklama ise kullanılan tüm sensörlerin ve data loggerın topraklamasıdır. Bu sadece yıldırımdan sensörlerin zarar görme riskini azaltmakla kalmaz aynı zamanda manyetik gürültülerin de filtrelenmesini sağlar. Unutulmamalıdır ki, kare dalga taşıyarak direğin en üst noktasından data logger’a indirilen anemometre kabloları etrafında bir manyetik alan oluşacaktır. Eğer sensör kabloları düzgün şekilde topraklanmaz ise, bu manyetik alanın etkisiyle komşu sinyal kabloları içerisinde istenmeyen sinyaller taşınabilir. Cross-talk olarak bilinen bu hata neticesinde olağan dışı rüzgar hızı kayıtları alınabileceği gibi, tespit edilebilmesi de oldukça güç olacaktır. Ölçümlerin güvenilirliğinin en üst düzeyde korunabilmesi için, her bir sensör kablosunu sarmalayan koruyucu kılıflar mutlak suret ile data loggerın topraklama klamensine bağlanmalı, data logger ve pano ise direkten bağımsız şekilde mutlaka topraklanmalıdır. Bu noktada yapılan hataların birisi, direkte bulunan topraklama hattı üzerinden panonun topraklanmasıdır. (Şekil 1) Bu uygulama kesinlikle amaca hizmet etmediği gibi, data logger ve sensörlerin yıldırımdan zarar görme riskini arttıracağından tercih edilmemelidir. Tercihen pano topraklaması direk topraklamasının zıt yönünde tasarlanmalıdır.

Şekil 1. Data Logger’ın içinde yer aldığı pano ile direğin yıldırımdan korunmasını amaçlayan topraklama hatları birbirinden bağımsız olmalıdır.

  

  1. WİNDVANE KUZEY KALİBRASYONU HATALARI 

Rüzgar ölçüm istasyonlarında en sık yaşanan sorunlardan birisi de windvane yön kalibrasyonlarının düzgün olarak yapılamamasıdır. Üretici firmalar tarafından rüzgar yön ölçerler üzerine bir kuzey işareti (North Mark – N) yerleştirilmiştir. Yön ölçerler bu işaretin bulunduğu noktadan rüzgar geldiği zaman logger’a tam kuzey sinyali (0 yada 360 deg) gönderirler. Ancak saha şartlarında windvanein montajı yapılırken bu “N” işaretini tam olarak kuzeye kalibre etmek her zaman mümkün olamamaktadır. Bu sebeple bir çok uygulamada N işareti kuzey yerine yönü kesin olarak bilinebilecek bir başka noktaya kalibre edilirler. Bunların başında ise bom kolları gelmektedir. Rüzgar ölçüm istasyonları henüz kurulmadan önce dahi, sahanın hakim rüzgar yönüne göre bom kolu oryantasyonları belirlenir. Montaj sırasında plandan sapmalar olsa dahi, bom kollarının tam olarak hangi doğrultuda konumlandırıldığı hatasız olarak sahada saptanabilmektedir. Windvaneler de bilinen bu doğrultuya kolaylıkla kalibre edilebilirler. (Şekil 2)

Şekil 2. Kuzey işareti bom kolu içerisine kalibre edilmiş bir windvane

 

Sahada yapılan bu kalibrasyon sonucunda ölçüm verilerinin bir offset değeri ile düzeltilmesi gerekmektedir. Aksi halde N işaretinin baktığı bom kolu yönü, Kuzey kabul edileceğinden hatalı kayıt alınacaktır. Uygulamada yaşanan en önemli hata bu offset değerinin yanlış olarak girilmesi sonucunda hatalı veri kaydı yapılmasıdır. Örnek bir uygulamayla, hakim rüzgar yönünün kuzeydoğu olduğu, bu sebeple 315-135 doğrultusunda konumlandırılan bom kollarından, 315 dereceye bakan bom kolu üzerinde, north işareti 135 dereceye yani bom kolunun içerisinde bakacak şekilde kalibre edilmiş bir windvane’e ait doğru offset değerinin nasıl buluncağını inceleyelim:

Şekil 3. Doğru offset değeri hesaplama çizelgesi

İlk olarak rüzgarın güneydoğu’dan ve tam olarak 135 dereceden estiğini farz edilsin. Bu durumda okunması gereken gerçek 135 olmalı, ancak bu durumda windvane tam N işaretinin baktığı yön üzerinden rüzgarı aldığı için tam kuzey yani 0 derece sinyali üretecektir. Verilmesi gerken offset değeri 135 (135-0) derecedir. Bir diğer senaryo olarak rüzgarın tam güneyden yani 180 dereceden estiğini farz edilir ise okunması gereken değer 180 derece iken windvane 45 derece sinyali gönderecektir bu durumda da yine verilmesi gereken offset değeri 135 derece (180-45) olarak bulunur. Benzer şekilde, 270 derecen esen rüzgar için de doğru değerin okunabilmesi için 135 derecelik bir offset’in tanımlanmış olması gerektiği bulunabilir. (Şekil 3)

 

  1. LOGGER KONFİGÜRASYON HATALARI

Rüzgar ölçüm ekipmanları analog yada dijital çıkışlı olarak çalışan elektronik cihazlardır. Örneğin cup tipi anemometreden kare dalga DC sinyal alınır ve bu sinyaller logger üzerinde Hz cinsinden kaydedilir, windvane için ise çıkış sinyali V (voltaj) olarak kaydedilmektedir. Bu sinyaller anlamlandırılırken her sensör karakteristiği için farklı olan slope ve offset değerleri kullanılır. Bir transfer fonksiyonu ile, sensörden okunan Hz yada V değeri, m/s yada deg. değerine dönüştürülür. Tam bu sırada, bu trasfer fonksiyonun katsayıları olan slope ve offset değerlerinin doğru olarak tanımlanmış olması önem kazanmaktadır. Tipik bir anemometre için slope değeri 0.048, offset değeri ise 0.22 ‘ye yakın değerler olarak akredite bir rüzgar tünelinde belirlenir. İnsan kaynaklı hataların en önemlilerinden birisi logger konfigürasyonu sırasında bu değerlerin hatalı olarak girilmesi sonucu hatalı kayıtların alınmasıdır. Bilindiği gibi olaşabilecek küçük hatalar ölçüm sonuçlarını tamamen belirsiz hale getirebilir. Bu nedenle ölçüm sisteminde kullanılan data loggerın mutlaka ham data kaydı yapması gerekmektedir. Ham data kaydı yapan bir loggerda, bu tip insan kaynaklı bir hata uzun süre sonra fark edilse dahi, transfer fonsksiyonunu doğru değerler ile yeniden tanımlayıp, ham dataları yeniden çözümlemek oldukça kolaydır.

Şekil 4. EOL Zenith veri kaydediciye ait konfigürasyon ekranı

 

  1. ENERJİ SİSTEMİNDEN KAYNAKLI HATALAR

Rüzgar ölçüm ekipmanları şebekenin olmadığı noktalarda çalışan sistemler olduğu için enerji gereksinimlerini genellikle PV paneller aracılığı ile güneşten elde ederler. Bir ölçüm sisteminin sorunsuz çalışabilmesi için, besleme voltajının düzenli olması kritik önem taşımaktadır. Bu nedenle her bir istasyon PV panel, akü ve şarj kontrol ünitesinden oluşan bir güç sistemi ile çalıştırmakta olduğundan ölçüm periyodu boyunca güç sisteminin sorunsuz olarak şarj ettiği çok dikkatli takip edilmelidir. Bu sebeple kullanılan data loggerın sadece ölçüm parametrelerini değil güç sistemini de izlemesi ve bir arıza oluşması durumunda, sistemin gücü kesilmeden önce müdahale edilebilmesi için son kullanıcıya zaman kazandırması gerekmektedir. Geçmişe dönük akü voltajının karakteristiği ve son 48 saat içerisindeki akü voltajının maksimum/minimum değerlerini görebilmek güç sistemi hakkında öngörüde bulunabilmek için kritik önemlidir. (Şekil 5)

Şekil 5. Logger üzerinden akü voltajının son 48 saatlik minimum değeri ile anlık değerinin takibi

Veri transferi ve anlık veri takipleri sırasında logger güç tüketimi dramatik şekilde artacağı için, mümkün olan en kısa süre logger ile uzaktan iletişim kurulmalıdır. Türkiye coğrafyası göz önünde bulundurulduğunda minimum 26Ah jel tipi akü ve 20Wp PV panel yeterli gözükmekle birlikte, eğer çok sık eş zamanlı veri takibi yada veri indirmesi yapılacak ise veya istasyonun bulunduğu noktada GSM şebekesi güçlü çekim gücüne sahip değil ise güneş paneli ve akü grubunun büyütülmesi gerekecektir. Bir diğer önemli hata ise, logger ile güç ünitesinin bağlantısı sırasında gözlenmektedir. Logger güç girişi, solar şarj kontrol ünitesinin yük çıkışı yerine doğrudan aküden alınmalıdır. Bu sayede solar şarj kontrol ünitesinden kaynaklı arızalarda güç kesinti riski bertaraf edilmiş olacaktır.

  1. GSM OPERATÖR AYARLARINDAN KAYNAKLI HATALAR

Günümüz data loggerları iletişim ihtiyaçlarını GSM operatörleri tarafından sağlanan internet aracılığıyla karşılamaktadırlar. Logger üzerinde yer alan SIM kart aracılığı ile internete erişen sisteme, son kullanıcılar kendi PC’leri üzerinden bağlanıp, veri indirme, eş zamanlı veri izleme, ayar yükleme gibi operasyonları yürütebilirler. Bir rüzgar ölçüm istasyonunun standartlara uygun şekilde kurulması kadar işletilmesi de oldukça önemli olduğundan, ölçüm sisteminin internete erişebilmesi için gerekli ayarlar doğru şekilde tanımlanmalıdır. Örneğin, sistemde kullanılan SIM kartın APN (Access Point Name) adı doğru şekilde loggera tanımlanmaz yada bu APN daha sonra GSM operatörü tarafından geçersiz kılınırsa, logger ile uzaktan iletişim kurmak imkansız hale gelecektir. Her SIM kart için farklı APN’lerin aktif olabilme ihtimaline karşı, kullanılan SIM kart sahibi şahıs/firma ‘ların öncelikle GSM operatörlerinden ilgili SIM kartta hangi APN’lerin tanımlı olduğunu öğrenmeleri sonrasında ise bu ayarları logger’ın iletişim ayarları bölümünde doğru şekilde tanımlamaları gereklidir. Unutulmamalıdır ki, data loggerın sahaya sevkiyatından önce ofiste ilgili bağlantı testlerinin yapılarak tüm ayarların doğru şekilde tanımlandığından emin olmak, ileride karşılaşılacak sorunların ortadan kaldırılması adına oldukça önemlidir. Logger ile iletişim kurmak minimum belirsizlikli bir ölçüm periyodu için çok önemli olduğundan, sisteme günün 24 saati kesintisiz erişilebilmelidir. Bu erişimler sırasındaki güç tüketimini minimum tutabilmek adına sadece bu amaçla üretilmiş modemlerin yer aldığı sistemleri tercih etmek enerji problemlerinin önüne geçecektir. Piyasada bulunan universal tip harici modem kullanan data loggerlarda güç tüketimi çok yükseldiği için günün her anı bağlantı sağlanamamakta ve bu durumun sonucunda sahada oluşacak sorunlar sistemi takip eden kullanıcıya zaman farkı ile ulaşacağından veri kaybına neden olmaktadır.

SONUÇ 

Başarılı bir rüzgar enerji santrali projesinin ilk basamağı öncelikle düşük belirsizlikli bir rüzgar ölçüm periyodundan geçmektedir. Bu sebeple santral bütçesi yanında oldukça düşük bir bütçeye sahip olan rüzgar ölçüm süreci, teknik olarak tüm santralin geleceğine etkiyecek nitelikte öneme sahiptir. Bu denli önemli bir sürecin başarılı yönetilmesi sadece uluslararası standartlara uygun ekipmanlar tercih etmekle değil aynı zamanda başarılı bir uygulamayla mümkün olabilmektedir. Bu sebeple başta bu çalışmaya konu sorunlar olmak üzere, burada paylaşılamamış bir çok problem ölçüm sürecinde belirsizlik yaratabileceğinden, mümkün olan en üst hassasiyetle ve uzmanlıkla sürecin yönetilmesi gerekmektedir.

 

KAYNAKLAR

 

[1] http://www.kintech-engineering.com/media/pdf/productcatalogue-en.pdf

[2] ICE – 61400-12 International Standart,

[3] Patel M., 2006. Wind and Solar Power System, Taylor&Francis Group, FL, ABD

SUMMARY

It is known that more than 1400 met masts are erected in Turkey within 2 years to collect valid data for new licence applications which is scheduled in April 2015. In In this paper, most common 5 problems of wind measurement campaigns are investigated to highlight the importance of measurement. It is aimed to improve quality of wind campaigns in Turkey to have more sustainable wind market.

Bu çalışma İskender Kökey tarafından ICCI 2015 'de bildiri olarak yayınlanmış ve sunulmuştur.

One thought on “20 GW’A GİDEN YOLDA EN SIK YAŞANILAN 5 RÜZGAR ÖLÇÜM HATASI VE PRATİK ÇÖZÜM ÖNERİLERİ

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.