Aero Rüzgar Endüstrisi Şirketi
Enercon Enerji Teknolojileri Uzmanı Cenk Sevim
Rüzgar türbinlerinin temel çalışma ilkeleri:
İki tip jeneratör kullanılmaktadır.
Asenkron Jeneratör
•Makine senkron devrin üzerinde döndürülür ve ikaz için ihtiyacı olan reaktif enerjiyi, bağlı olduğu şebekeden alır.
Senkron Jeneratör (ENERCON Senkron Jeneratör kullanmaktadır)
•Makinanın ikaz ve stator sargıları ayrıdır. Rotoruna ikaz akımı olarak A.C.’den doğrultulmuş D.C. akımı verilir ve kutup çifti sayısına uygun olarak devir sayısı; n=60.f/p ‘dir.
•Burada;
•f=50 Hz
•p=Çift kutup sayısını
•n=Devir/dakika’yı belirtmektedir.
Yukarıda verilen denklem; arada inverter olmayan senkron jeneratörler için geçerlidir. Bu santrallerde, rüzgarın hızı sabit olmadığı için elde edilebilecek A.C. gerilimin genlik ve frekans değerleri de sabit değildir. Bunun için şebeke gerilimi ve frekansı referans alınarak, jeneratör üretimi (genlik ve frekans) buna adapte edilmektedir. Şebekeden alınan A.C. referans gerilimi D.C.’ye çevrilmekte, makinanın değişken olan A.C. genlik ve frekans değerleri yine değişken olan bir D.C. gerilimine çevrilmekte, iki D.C. gerilimi kıyaslanmakta ve tam eşitlik sağlandığında izole kapılı bipolar transistör devreleri ateşlenip iletime geçmekte ve iki sistemi birbirine bağlamaktadır.
•Bu sistemin bağlantıları (mekanik deyimle senkronizasyon), mekanik kesicilerle değil, statik olarak yapılmaktadır. Bunun da nedeni, şebekede darbeleri önlemek ve işlemi çok hızlı yapmaktır. Enerjinin şebekeye adaptasyonu, bir bilgisayar programıyla olmaktadır.
•Bilinmesi gereken en önemli husus; şebeke gerilimi olmadan enerji üretilemez ve dolayısıyla bu üniteler müstakil bir bölgeyi besleyemezler.
Ünitenin İşletme Özellikleri
Güç faktörünün ayarı
•Reaktif güç ve güç faktörünün ayarıyla, jeneratörün bağlı olduğu şebekede, reaktif güç kompanzasyonu yapılabilir. Özellikle alıcılarda reaktif güç kompanzasyonu yoksa, bu işlem de jeneratör tarafından kompanze edilebilir.
Rüzgarın hızı, yönü ve ortam sıcaklığı gibi üç ana parametre bilgisayara girer ve bu bilgilerin ışığında; yazılıma göre, kanatlara yön verilir. Sıcaklık parametresinde ise ısınan havanın yoğunluğu azalır ve yukarıya çıkar. Bu durum; türbinin, birim alan başına üretimini etkiler. Verilen enerji miktarı, hava ile doğru orantılıdır.
•Belli bir rüzgar hızından sonra, kanatların yönü, bilgisayar tarafından ayarlanarak, türbin üretim yapmamaktadır. 14 m/s’den sonraki rüzgar hızlarında, üretim sabit kalmaktadır.
Şebekeye Bağlanma ve Senkronizasyon
•RES gruplarının bilinmesi gereken, diğer santral türlerinden en önemli farkı, mekanik kesicili sistemin olmayışıdır. Jeneratörle şebeke arasındaki bağlantı, transistör ateşlemeleriyle otomatik olarak yapılmaktadır. Sistemin işleyişi şöyle açıklanabilir:
Şebeke geriliminin kesilmesi veya belli bir değerin altına düşmesi durumunda (nominal gerilimin yüzde 85’den daha küçük olması durumu); transistörler, ½ periyot (10 ms) içinde ateşlemeyi keserek jeneratörü şebekeden otomatik olarak ayırmakta ve toplam 100 ms içinde Enercon rüzgar türbini (ya da türbin grubu), kendini bloke etmektedir. Eğer; rüzgarın hızı, diyagramda gösterilen limit değerler arasında ise devreden çıkan grup 90 saniye (1,5 dakika) içinde kendi kendini otomatik olarak transistörler üzerinden devreye bağlamaktadır. Bu işlem için ayrıca bir senkronizasyon sistemine ihtiyaç yoktur.
Daha açık olarak; şebekeden alınan 50 Hz frekanslı ve nominal değerdeki gerilim, rüzgarın belli sınır hızlarda ürettiği değişken frekans ve modüldeki gerilimle (bu frekans 20-40 Hz arasında), bilgisayarın verdiği kumandalar ışığında ve doğru gerilim (DC) bazında kıyaslanmaktadır.
•Referans gerilimin (şebekeden alınan), 400 Volt 50 Hz olması gerekir. Bu kıyaslama 1,5 dakika içinde yapılarak, transistörlere ateşleme kumandası verilmekte ve otomatik şebeke bağlantısı yapılmaktadır. Bunun da nedeni, hem hızlı çalışmak hem de şebekeye darbesiz girip çıkmaktır. Normal mekanik kesici ve insan kumandasıyla bu işlem
Jeneratör Öz Korumaları
Gerilime bağlı koruma
•400 Volt nominal gerilime bağlı olarak, jeneratörün çalışabileceği alt ve üst sınır değerleri verilmiştir. Gerilimin 360 V (yüzde 90.Un) ve 440 V (yüzde 110.Un) sınırlarını aştığında, jeneratör devreden çıkmaktadır.
•Aşırı gerilim korumalarında, toplam açma zamanı 100 ms’den küçüktür.
•Gerilim seviyesi, nominal gerilimin yüzde 10-15 altına düştüğünde, IGBT (İzole kapılı bipolar transistör) ½ periyotta (10 ms) ateşlemeyi kesmektedir.
Aşırı akımda çalışma
•Şebeke arızalarında, RES gruplarının performansı, transistör sisteminin ateşlemeyi kesmesi için gereken aşırı akım değeri baz alınmakta ve jeneratörler sabit akım kaynağı gibi gözönüne alınmaktadır.
•Örneğin; 800 kW’lık bir türbinin 100 ms içerisindeki kısa devre katkısı nominal akımının 1,3 katı kadardır.
•Örneğin; E48 tipinde üç adet transistör sistemi paralel bağlı olduğundan, Ikmaks= 3 X çıkmaktadır. Bu değer sistem parametrelerine bağlı değildir.
Düşük frekans koruma
•Kısa devrelerde oluşan sistem arızalarında, arıza akımının frekansı 50 Hz kabul edilir, bu husus türbinler için geçerlidir. Sistem üretim düşmelerinde veya arz-talep dengesizliğinde, şebeke frekansının alt ve üst sınırların altına düşmesinde, 100 ms içinde gruplar devreden çıkar.
Hız –güç değişimleri
•Özellikle fırtınalarda, rüzgar hızının öngörülen sınır değeri aşması durumunda, senkronizasyon bozulacaktır. Bu durumda, transistörler ateşlemeyi kesecek, şebekeyi beslemeyecek ve rüzgar hızını ve şebekeyi izlemeye devam edecektir. Rüzgar hızının tekrar üst limit değerinin altına inmesi durumunda, 1,5 dakika içinde (eğer sistem gerilimi varsa), kendi kendine senkronize olacaktır.
*15-17 Haziran 2010da düzenlenmiş olan 9.Dünya Rüzgar Enerjisi Konferansında gerçekleştirilen sunumdan alınmıştır. www.geleceginenerjisi.com / 18 Haziran 2010
