Deniz Üstü (offshore) rüzgar enerjisi kapasitesinin araştırılması ve seçilecek bölge(ler) ile birlikte monopile temeline sahip olan rüzgar türbininin, etki etmesi beklenen yüklere göre optimize edilmesi

Abstract

Dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarına duyulan gereksinim her geçen gün artmaktadır. Bu bağlamda, rüzgar enerjisi hem sürdürülebilirliği hem de ekonomik potansiyeli açısından önemli bir enerji kaynağı olarak ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada, Türkiye’de deniz üstü rüzgar santrali kurulması planlanan bölgelerden biri olan Bandırma bölgesinde bir yıl boyunca elde edilen rüzgar verileri analiz edilmiştir. Rüzgar hızlarının olasılık dağılımını modellemek amacıyla Weibull dağılımı kullanılmış, dağılım parametreleri En Küçük Kareler Yöntemi (EKKY) ile tahmin edilmiştir. Elde edilen kümülatif dağılım fonksiyonu sayesinde, rüzgar türbininin elektrik üretimine başlayabileceği (cut-in) ve durabileceği (cut-out) rüzgar hızlarına ilişkin olasılıklar hesaplanmıştır. Buna göre, bölgede %70 olasılıkla türbinin çalışabileceği uygun rüzgar koşullarının sağlanacağı, %30 olasılıkla ise düşük rüzgar hızları nedeniyle üretimin durabileceği öngörülmüştür. Bunun yanı sıra, deniz üstü rüzgar türbininin temeline etki eden dalga kuvvetlerinin belirlenmesi amacıyla Morison denklemi kullanılmış ve çeşitli dalga boyları ile temel çaplarına göre kuvvet analizleri yapılmıştır. Elde edilen veriler, 'ASHES' programı kullanılarak yapılan sayısal simülasyonlarda değerlendirilmiş; rüzgar ve dalga etkilerinin türbin yapısına olan etkileri hesaplanmıştır. Simülasyon sonuçları, rüzgar ve dalga şiddeti arttıkça türbine etki eden kuvvetlerin belirgin şekilde yükseldiğini göstermiştir. Sonuç olarak, Bandırma bölgesi özelinde elde edilen verilere dayalı analizler ve bölgede deniz üstü rüzgar türbininin kurulabilme ihtimaline yönelik teknik ve ekonomik veriler sunulmaktadır. Elde edilen bulgular, ileride yapılacak detaylı fizibilite ve yapısal tasarım çalışmalarına temel teşkil edebilecek niteliktedir.The global demand for renewable energy sources has been increasing day by day. In this context, wind energy stands out as a significant energy source due to its sustainability and economic potential. In this study, wind data collected over the course of one year from the Bandırma region, one of the planned offshore wind farm sites in Turkey, was analyzed. In order to model the probability distribution of wind speeds, the Weibull distribution was employed, and its parameters were estimated using the Least Squares Method (LSM). Using the obtained cumulative distribution function, the probabilities of wind speeds reaching the operational thresholds of a wind turbine — namely the cut-in and cut-out speeds — were calculated. The analysis indicates that the turbine is expected to operate under favorable wind conditions 70% of the time, while 30% of the time it may stop due to insufficient wind speeds. Additionally, to determine the wave forces acting on the offshore wind turbine foundation, the Morison equation was applied. Force analyses were conducted for various wave heights and foundation diameters. The obtained data were evaluated through numerical simulations using the 'ASHES' software, where the effects of wind and wave loads on the turbine structure were assessed. The simulation results clearly show that as wind and wave intensity increase, the forces acting on the turbine structure significantly rise. As a result, the analyses based on the data specific to the Bandırma region provide both technical and economic insights into the feasibility of installing an offshore wind turbine in the area. The findings serve as a solid foundation for future feasibility studies and structural design processes.