[PDF] 10 MWLIK SDU GÜNE? GÜÇ KULES? TES?S TASARIMI

View - Download 10 MWLIK SDU GÜNE? GÜÇ KULES? TES?S TASARIMI

Previous PDF

Next PDF

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 26, No 4, 813-821, 2011 Vol 26, No 4, 813-821, 2011

10 MW'LIK SDU GÜNE GÜÇ KULES TESS TASARIMI

Ramazan ENOL*, brahim ÜÇGÜL, Arif KOYUN, Mustafa ACAR SDÜ Yenilenebilir Enerji Kaynakları Ar. Ve Uyg. Merkezi, Isparta, rsenol@sdu.edu.tr /Received: 03.01.2011; Kabul/Accepted: 11.05.2011)

ÖZET

Bu çalımada, yenilenebilir enerji kaynaklarından güne enerjisi ile elektrik üretim metodu olan güne güç kulesi

sistemi ele alınm

ıtır. Çalımada güne güç kulesi sistemindeki aynaların günei takip ederek kule üzerindeki

alıcı sisteme odaklaması için yazılımlar gelitirilmitir. Bu yazılımlardan faydalanarak Süleyman Demirel

Üniversitesi'nde 10 MW gücünde güne güç kulesi kurmak için gerekli olan ayna sayısı, ayna boyutları, kule

yükseklii, alan yarı çapı, vb., dizayn parametreleri elde edilmitir. Ayrıca bu sistemde kullanılan heliostat ve

otomatik kontrol sistemlerinin maliyet analizleri yapılmıtır. Gelitirilen bilgisayar yazılımları ve otomatik

kontrol ünitesi ile aynalar gün boyu çalıtırılarak ortaya çıkan izleme hataları belirlenmitir. Sonuç olarak 10

MW gücündeki bir tesis için gerekli olan tüm dizayn parametreleri elde edilmitir. Anahtar Kelimeler: Güne Enerjisi, Güne Güç Kulesi, Heliostat, Elektrik Enerjisi

10 MW SDU SOLAR POWER TOWER PLANT DESIGN

ABSTRACT

In this study, which is a method of producing electricity from renewable energy sources, solar power tower

system is investigated. Various programs have been developed for tracking the sun's position and concentrating

the captured solar radiation to the receiver by heliostat mirror. By using this software, design parameters, which

are a number of mirrors, mirror size, tower height, radius of the area, have been obtained for 10 MW SDU solar

power tower. Also, cost analyses were made for heliostat and automation systems which are used in this project.

Heliostat mirrors were operated with using the developed software and automation system during the test period,

and obtained tracking errors. As a result, all design parameters for a 10 MW power plant have been obtained.

Keywords: Solar Energy, Solar Power Tower, Heliostat, Electric Energy 1. GR (INTRODUCTION) Güne güç kuleleri (Solar Power Tower), güne ıınlarını kule tepesine monte edilmi olan ısı deitiriciye (alıcı) younlatırarak ısıl enerjiden elektrik enerjisi üretir. Sistemde, gelen güne ıınlarını yansıtan ve heliostat olarak adlandırılan, çok sayıda güne izleme ve yansıtma aynaları kullanılır. Güne güç kulesi sisteminde, iki eksenli izleyici heliostat aynalar, güne enerjisini, kulenin tepesine merkezi bir ekilde yerletirilmi olan alıcıya yansıtırlar. Burada, alıcıya gelen güne enerjisi, çalıma akıkanı (gaz veya tuz eriyii) tarafından absorbe edilir ve sonra toplanan ısı buhar üretiminde kullanılır. Üretilen buhar bir buhar güç çevriminde kullanılarak elektrik üretilir. Örnek bir güne güç arkadaları [4] güne kulesi ile elektrik üretimi kavramını tanımlamılardır. Lorin ve Hull [5] güne güç kulesi tesisinde heliostat alan düzenlemesi yapılırken maksimum güç eldesi için optik sistemin analizini yapmılardır. Siala ve Elayeb [6] bir güne güç kulesi tesisi için grafiksel metot yardımıyla heliostat dizayn çalımasını ele almı ve matematiksel bir formülasyon yardımıyla alanın dizaynını grafiksel olarak gerçekletirmilerdir. Collado [7] heliostat alan kayıplarını incelemitir. Kribus ve arkadaları [4] güne kulesi ile elektrik üretimi için dizayn edilen sistemlere uygun olabilecek alıcı tasarımlarını incelemi ve sıcaklık ile güç çıkıının nasıl deitiini ortaya koymulardır. R. enol ve ark. 10 MW'lık SDU Güne Güç Kulesi Tesis Tasarımı

814 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 4, 2011

(PS10 plant) Segal ve Epstein [8] alıcı çalıma sıcaklıı ve heliostat alan younluu gibi dizayn parametreleri için bir optimizasyon metodu üzerine çalımılardır. Chen ve arkadaları [9] iki farklı heliostat tasarımı için performans analizleri yaparak heliostat malzemeleri aynı olduu halde sadece heliostat geometrileri deitirilerek daha yüksek performans elde etmeye çalımılardır. Kribus ve arkadaları [10] heliostatlarda güne izleme ve kuleye yansıtma esnasında oluan hataların ortadan kaldırılmasına sistemlerinde açık kontrol teknii uygulanmakta ve ortaya çıkan hatalar manuel olarak bertaraf edilmektedir. Kribus ve dierleri izleme ve yansıtma tekniinde heliostatları kapalı kontrol ile çalıtırıp ortaya çıkan hataları otomatik olarak ortadan kaldırmılardır. Bu çalıma, heliostat alan yerleimi için Siala ve yardımıyla elde edilen optimum ayna boyutu, ayna sayısı, daılma açısı, kule yükseklii, alan yarıçapı ve grafiksel olarak elde edilen alan yerleimini sürülen heliostatların günei ve kuleyi izlemelerine olanak veren metot temel alınarak, tarafımızca gelitirilen bir yazılım ile izleme için gerekli olan "S" ve "Ay" açılar

ı elde edilmitir. Bu açılar gelitirilen

heliostat kontrol yazılımına yüklenerek izleme

10 MW gücündeki SDU güne güç kulesi tesisinin

dizayn parametreleri elde edilmitir. Bu çalıma ülkemiz corafi koulları için yapılmı olan ilk tesis

2. SSTEM DZAYNI

(SYSTEM DESIGN)

2.1. Heliostat Alan Ayna Düzenlemesi

(Heliostat Field

Layout)

Heliostat alanın uygun bir biçimde düzenlenmesi sistem performansı, tesisin yıllık verimi ve kule yüksekliinin en uygun deerinin belirlenmesi, heliostat boyutlarının uygun seçimi, alanın etkin alandaki tüm heliostatların birbirlerini engellemeden çalımalardan birisidir. Bu metot temel alınarak gelitirilen HELIOYER isimli yazılım ile yerleimi salanmı ve yerleim ekli grafiksel olarak halkalara ayrılması ve her halkaya heliostatların uygun biçimde yerleiminin sa lanmasıdır. Bunun için bir halkanın yarı çapı belirlendikten sonra bir sonraki halkanın yarı çapının alması gereken deerler ve heliostatların yerleri belirlenmelidir. Verilen bir güç deeri için heliostat uzunluu, heliostat boyu, heliostat merkezinin yerden yükseklii, alıcının boyutları, hedef noktanın yerden yükseklii, arazi parametreler programa girilerek optimum ayna boyutu, alıcı boyutu (silindirik), kule yükseklii, alan yarıçapı ve heliostatların yerleim koordinatları elde edilmitir. Bu yazılım ile incelenen ayna boyutları;

5x5 m, 6x5 m, 6x6 m, 6x7 m, 7x6 m, 8x7 m, 10x9,5

m ve 11x10 m' dir. Yazılımda 10 MW lık bir tesis için incelenen alan yarıçapları ise 350 m, 380 m ve

400 m'dir.

ncelenen kule yükseklikleri ise 60 m, 70 m, 80 m, 90 m, 100 m, 120 m ve 150 m'dir. 10 MW gücündeki bir tesis için tüm bu parametreler

2.2. zleme ve Yansıtma Açıları

(Tracking and

Reflecting Angle)

Heliostatların gün boyu hareketlerini belirlemek kule tepesine monte edilen alıcıda gerekli olan ısıl heliostat için gerekli olan iki eksen izleme açıları olan "S" yüzey elemanının yatay düzleme yaptıı açı ve "Ay" yüzey azimut açısı belirlenirken kule koordinatları, kule ve alıcının ebatları ve yerden yükseklikleri ile her bir heliostatın koordinat bilgileri

10 MW'lık SDU Güne Güç Kulesi Tesis Tasarımı R. enol ve ark.

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 4, 2011 815 (HELIOYER software screen shot) (HELIOACIR software screen shot) ile ebatları bilinmelidir. HELIOYER programı ile elde edilen heliostat boyutları, yerleim koordinatları ve kule yükseklii vd. parametreler gelitirilen HELIOACIR programına girilerek her bir heliostat için gerekli olan "S" ve "Ay" açıları elde edilmitir. Hesaplamada kullanılan Programın hazırlanmasında metodu esas almaktadır. Her bir heliostat için 1 yıl boyunca sabah saat 06:00 ile akam saat 20:00 arasında her iki eksen için gerekli olan açıların hesaplaması yapılmıtır. Programa ait ekran enlem, boylam, ayna koordinatları, kule koordinatları gibi deerler kullanılarak deklinasyon açısı, zenit, S,

Ay vb. pek çok parametre hesaplanmaktadır.

stenildii takdirde tüm bu deerlere ve grafiksel

sonuçlara program ara yüzünden ulaılabilmektedir. 2.3. Mekanik Özellikler (Mechanical Properties)

Sistemin mekanik dizaynı 5x5 m ve daha büyük yapılmıtır. malatı yapılmı olan sistem ekil 4'te kontrol ekipmanları ise 5x5 m ve daha büyük ebattaki heliostatlara uygun olacak bir biçimde uygulanmıtır.

2.4. Heliostat Kontrolü

(Heliostat Control) Heliostatların günei izlemeleri ve kuleye yansıtma yapmalarını salayabilmek için HELIOSRM isimli bir yazılım gelitirilmitir. Bu yazılım oldukça basit ama bir o kadar da karmaıktır. PIC Basic ile gelitirilen R. enol ve ark. 10 MW'lık SDU Güne Güç Kulesi Tesis Tasarımı

816 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 4, 2011

yazılım için kullanılan mikro ilemci ise PIC16F877 [12] dir. ekil 4. malatı yapılan heliostatın deneme ve ayar (Tracking test images: Picture of the experiment model)

3. SSTEMN ÇALIMASI

(SYSTEM OPERATION)

Alan yerleimi ve yerleri HELIOYER ile belirlenen

aynalar için HELIOACIR ile hesaplanmı olan açı deerleri HELIOSHEXR yardımı ile kontrol kartındaki eeprom'a kaydedilir. Eeprom elektriksel olarak silinebilir ve programlanabilir belleklerin en yazılabilir ve yazılan bu bilgi yeni bir yazma ilemine kadar hafızada kalır. Bu ilem yapılırken tüm açı deerleri HEX formatına çevrilir. Hex formatı mikroilemcilerin verilen komutları ileyebilmesi için gelitirilmi olan kod yapısıdır. Hexadesimal sayı sisteminde 16 adet rakam bulunur. Bunlar 0 1 2 3 4 5

6 7 8 9 A B C D E F'dir. Tabanı ise 16'dır. Her

hareket için iki açı deeri kontrol ünitesine aktarılır. Bu açılar alt motor ve üst motor açılarıdır. Yaz

ılım;

sistem el ile ya da otomatik olarak devreye alındıında ay, gün ve saat gibi yerel zaman bilgileri DS1307 [13] gerçek saat entegresinden alınır. Bu zamana karılık gelen anlık açı deerleri eeprom'dan hareket tamamlanır. Koordinatları HELIOYER ile belirlenen heliostatların gün boyu hareketini salamak için gerekli olan anlık açı deerleri 16F877'nin dahili eeprom'una kaydedilir ki bir sonraki açı deerleri ile verilir. ekil 5'te motor hız kontrol sürücüsü, güç kontrol kartı ve HELIOSRM yazılımını da içeren elektronik kontrol kartının blok diyagramı verilmitir. tir. Devir sayılarının kontrolü için bir encoder devresi

tasarlanmıtır. Gelitirilen encoder'in hassasiyeti ve kalibrasyonu piyasadan temin edilen bir encoder ile

test edilmitir. Dizayn ve imalatı gerçekletirilen heliostat sistemi gelitirilen yazılım bileenlerinden elde edilen veriler ile birletirilerek denenmitir. Denemeler esnasında ortaya çıkan en büyük problem devir sayma ilemidir. Kullanılan motorlara ait frenleme ve sürücü devrelerinin oluturduu manyetik alanı yenmek zaman almıtır. Frenleme ve sürücü devrelerinin oluturduu manyetik alan, devir sayma ilemindeki hassasiyeti etkilemekte ve yanlı sonuçlar elde edilmesine yol açmaktadır. Dolayısıyla gerekli olan açı deerleri kontrol kartı tarafından yanlı deerlendirilmekte ve izleme hatalarına sebep olmaktadır. Bu problem ilave yükseltme devreleri ile a ıldıktan sonra sistemin çalıması ve hassasiyeti daha kararlı bir hal almıtır. ekil 5. Sistemin blok diyagramı. (Flow chart of the system.)

4. BULGULAR

(RESULTS) HELIOYER programı ile kule parametreleri, heliostat parametreleri, alan parametreleri, alıcı parametreleri, alan daılım parametreleri gibi pek çok parametre deitirilerek kurulacak sistem için en optimum durumlar elde edilmeye çalıılmıtır. 350 m, 380 m ve

400 m alan yarıçaplarında 5x5 m, 6x5 m, 6x6 m, 6x7

m, 7x6 m, 8x7 m, 10x9,5 m ve 11x10 m ayna boyutları ve 60 m, 70 m, 80 m, 90 m, 100 m, 120 m ve 150 m kule yükseklikleri için uygun alan yerleimi ve ekonomik deerlendirme için ayrı, ayrı analiz edilmitir. Örnein 350 m alan yarıçapı 5x5 m ayna boyutu ve 60 m kule yükseklii için analiz yapılmı daha sonra kule yükseklii artırılarak 150 m kule yükseklii için analizler yapıldıktan sonra 6x5 m ayna boyutları ve dier ayna boyutları için bu ilemler

10 MW'lık SDU Güne Güç Kulesi Tesis Tasarımı R. enol ve ark.

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 4, 2011 817 Çizelge 1. Gelitirilen yazılımlar.(The software developed)

ADI GÖREV Hesaplama Grafik Çizelge

olmaksızın) yerlemesini salar. Heliostat sayısı, Heliostat ebatları, kule yükseklii, alıcı ebatları, alan gereksinimi, toplam yansıtma alanı belirlenir.

ı deerlerinin belirlenmesi.

ı deerlerinin makine diline çavrilmesini salar. ekil 6. HELIOSRM programına ait akı eması. (Flow chart of the HELIOSRM) tekrarlanmıtır. 350 m alan yarıçapı analizi tamamlandıktan sonra tüm bu ilemler 380 m ve 400 m alan yarıçapları için tekrar edilmitir. Bu analizler incelendikten sonra alanın hem kuzey hem de güney yerleim ve daılım parametreleri deitirilerek analizler tekrarlanmıtır. Tüm bu analizler yapılmadan MW elektrik üretimi için gerekli olan ayna yansıtma

alanı referans alınarak analizler sonucunda elde edilen deerlerin en uygun durum seçimleri bilgisayar

ortamında incelenmitir. Bu deerlendirme ilemine ekonomik analiz için 2006 yılı heliostat ve kontrol ekipmanları maliyetleri de katılmıtır. Tüm bu de erlendirme ilemleri neticesinde en uygun durumun belirlenebilmesi için elde edilen tablo ve grafiklerden bazıları aaıda sunulmutur. Kule yükseklii 60 m ve 70 m deerleri için ortaya çıkan yansıtma alanı belirlenen güç deerine ulamak için gerek duyulan toplam yansıtma alanı deerinden çok R. enol ve ark. 10 MW'lık SDU Güne Güç Kulesi Tesis Tasarımı

818 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 4, 2011

Çizelge 2. 10 MW 400 m alan yarı çapı için optimum deerler [15]. (The optimum values for the radius of 400 m, 10 MW.)

R=400m 172 derece Heliostat Ebatları 10-9,5 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 10-9,5 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 11-10 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 11-10 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 11-10 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

Çizelge 3. 10 MW 380 m alan yarı çapı için optimum deerler [15]. (The optimum values for the radius of 380 m)

R=380m 172 Derece Heliostat Ebatları 7-6m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 10-9,5 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 10-9,5 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 10-9,5 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

Çizelge 4. 10 MW 350 m alan yarı çapı için optimum deerler [15]. (The optimum values for the radius of 350 m)

10 MW 400 m alan yarı çapı için optimum deerler

Çizelge 2'de grafiksel karılatırılması ise ekil 7'de,

10 MW 380 m alan yarı çapı için optimum deerler

Çizelge 3'de grafiksel karılatırılması ise ekil 8'de,

10 MW 350 m alan yarı çapı için optimum deerler

Çizelge 4'de grafiksel karılatırılması ise ekil 9'da,

10 MW için heliostat maliyetlerinin karılatırılması

terim ve sayısal ifadeler: R; seçilen güç deeri için gerekli olan alan yarıçapı (m), Ht; kule yükseklii (m), 172 derece; alana yerletirilecek olan heliostatların alana daılma açı ları, $/m 2 heliostatlar heliostatlar için tüm imalat ve kontrol maliyetlerini içeren deerdir. ekil 7, ekil 8 ve ekil 9 incelendiinde istenilen güç deeri için ortaya çıkan alan gereksinimleri, heliostat sayıları, toplam yansıtma alanı ve maliyet deerleri incelenmi ve uygun olarak seçilen bu deerler ekil 10' da

380 m alan yarıçapı, 120 m kule yükseklii, 10x9,5m

heliostat boyutu, 852 adet heliostat ile toplam

80940m

2 'lik bir yansıtma alanı elde edilmitir. HELIOACIR programı ile elde edilen "S" ve "Ay" R=350m 172 Derece Heliostat Ebatları 8-7m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

ı 10-9,5 m

ısı Toplam Yansıtma Alanı (m

2 ) $/m 2

Maliyet*1000

10 MW'lık SDU Güne Güç Kulesi Tesis Tasarımı R. enol ve ark.

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 26, No 4, 2011 819 ekil 7. 10 MW 400 m alan yarı çapı için optimumquotesdbs_dbs14.pdfusesText_20

[PDF] eyfel kulesi basit çizimi

[PDF] eyfel kulesi çizimi youtube

[PDF] eyfel kulesi çizimleri karakalem

[PDF] eyfel kulesi karakalem çizimi nas?l yap?l?r

[PDF] eyfel kulesinin çizimi

[PDF] e^(a b) math

[PDF] f 35 2019 deliveries

[PDF] f 35 2019 demo

[PDF] f 35 2019 production

[PDF] f 35 2019 sar

[PDF] f 35 air show 2019

[PDF] f 35 block 3f

[PDF] f 35 block 4

[PDF] f 35 cni suite

[PDF] f 35 cni system