Rüzgar Türbinlerinin Mikro Düzeyde Yer Seçimi için Navier- Stokes Akış Çözücüsünün Topografik Yapısız Çözüm Ağlarında Geliştirilmesi ve Kullanılması

Download
2015
Tuncer, İsmail Hakkı
Ahmet, Gökhan
Leblebici, Engin
Ünlü, Tezcan
Sevine, Tansu
Bu çalışmada türbülanslı atmosferik akış çözümlerinin elde edilmesi amacıyla ODTÜ Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümünde geliştirilmekte olan, paralel hesaplama ortamında çalışabilen 3 boyutlu Navier-Stokes çözücü HYP3D, Mezo ölçekli meteorolojik tahmin yazılımı WRF ile akuple edilerek yüksek çözünürlüklü topografya üzerinde uzun dönemli rüzgar akış alanları ve rüzgar enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Numerik çalışmalar bir rüzgar santralinin ve uzun dönemli atmosferik gözlem verilerinin olduğu Mersin-Mut bölgesinde uygulanmış, ve gözlem verileri ile doğrulanmıştır. Bu çözüm bölgesi için yüksek çözünürlüklü (1,5 arcsec, 30m) topografya haritası (DEM) temin edilmiştir. Bu topoğrafya verisi ile yüksek çözünürlüklü, yapılı ve hibrit çözüm ağları oluşturulmuştur. HYP3D çözümleri için gerekli sınır koşulları, yaygın olarak kullanılan, açık kaynak kodlu meteorolojik hava tahmin yazılımı WRF ile 1km çözünürlüklü çözüm ağında elde edilen akış çözümlerinden sağlanmıştır. Akuple çözümler için öncelikle seçilen dar bölgeyi içine alan daha büyük bir bölge için WRF ile uzun dönemli çözümler elde edilmiştir. WRF çözümlerinde kullanılan global ölçekli başlangıç ve sınır koşulları NCEP (National Centers for Environmental Prediction) Final Analysis (FNL from GFS) (ds083.2 dataset) veri setinden temin edilmiştir. HYP3D çözüm ağının dış hücreleri için gerekli olan zamana bağłı sınır koşulları ise düşük çözünürlüklü WRF çözümlerinden interpolasyon yöntemiyle elde edilmiştir. HYP3D .Navier-Stokes akış çözücüsünde ve meteorolojik tahmin yazılımı WRF 'de kullanılan çözüm ağ yapılarının ve çözünürlüklerin farklı olması sebebiyle, WRF ile hesaplanan akış değişkenlerinin Navier-Stokes çözücüsünün yeryüzeyine yakın bazı düğüm noktalarına interpolasyon yapılamamaktadır. Bu çalışmada düşük çözünürlüklü WRF çözüm ağı ile yüksek çözünürlüklü Navier-Stokes çözüm ağının yeryüzüne yakın bölgelerde yaklaşık olarak eşleştirilmesi için iki farklı yöntem denenmiştir. HYP3D yazılımında zamana bağlı sınır koşullarının veri dosyalarından okunarak paralel hesaplama ortamında uygulanması sağlanmıştır. HYP3D'de kullanılan türbülans modeli ile yüzey pürüzlülüğünün etkin bir şekilde modellenebilmesi için var olan Runge-Kutta açık (explicit) çözüm yöntemine ek olarak Simetrik Gauss-Seidel nokta kapalı (point implicit) çözüm yöntemi geliştirilmiş, performans değerlendirilmesi yapılmıştır. WRF ile akuple edilen yüksek çözünürlüklü Navier-Stokes çözümleri bir yıllık bir zaman aralığı için elde edilmiştir. Bu akış çözümlerinde elde edilen yüksek çözünürlüklü rüzgar alanları, rüzgar hızının eşdeğer çizgileri, Weibull dağılımları ve rüzgar gülü grafikleri ile değerlendirilmiştir. Akış değişkenleri, 7 gerçek gözlem verileri ve WRF sonuçları ile kıyaslanmış, paralel hesaplamalar için performans değerlendirmesi yapılmıştır. Ayrıca güç üretim eğrileri verilen örnek rüzgar türbinleri için yıllık enerji üretim haritaları elde edilmiştir.
Citation Formats
İ. H. Tuncer, G. Ahmet, E. Leblebici, T. Ünlü, and T. Sevine, “Rüzgar Türbinlerinin Mikro Düzeyde Yer Seçimi için Navier- Stokes Akış Çözücüsünün Topografik Yapısız Çözüm Ağlarında Geliştirilmesi ve Kullanılması,” 2015. Accessed: 00, 2020. [Online]. Available: https://app.trdizin.gov.tr/publication/project/detail/TVRjeE1ESXk.