• Anasayfa
• Güncel Haberler
• Küresel Haber
• Şirket Haberleri
• Ürün Haberleri
• Fuar ve Kongre
• Elektrik Video
• Teknik Bilgiler
• Uzman Gözüyle
• Roportajlar
• Linkler

ANKET

Tüm Anketler

Akıllı Güç Modülleri İle Rüzgarı Elde Etmek
Rainer WEISS, Uygulama Müdürü - Ralf HERRMANN, Ürün Müdürü/ Semikron - Çeviri: Halim ÖZMEN, Semikron Türkiye

Rüzgar enerjisi üretimi, Asya ve Amerika başta olmak üzere, giderek önemli bir rol oynayan off-shore uygulamalarıyla, tüm dünyada kurulmaya devam edilmektedir. Mükemmel bir yer ve yüksek rüzgar hızı olsa da, eğer güç üretim sisteminde uygun bileşenler yoksa bunların bir faydası yoktur.

Güç elektroniği içeren rüzgar türbinlerinin bütün dünyadaki popülerliği giderek artmaktadır. Semikron, güç elektroniğini müşteri desteği ile birleştirerek uygulamaya özel çözümler sunmaktadır. SKiiP akıllı güç modülleri, rüzgar enerjisi ünitelerinde kullanılmak üzere optimize edilmiştir. Entegre bir yaklaşım ve düşünme esnekliği, rüzgar enerjisi uygulamalarında tam boyutlu enerji dönüşüm sistemlerine olan artan taleplerin karşılamasına imkan vermesi açısından bileşenler ve uygulamalar bakımından Semikron için yüksek akımlar, paralel çalışma ve daha etkili soğutma demektir. Dünyada kurulu elektronik kontrol sistemleri ile donatılmış rüzgar güç ünitelerinin yüzde 80’inde rotor akımı üzerinden beslenen bir inverter ile çift beslenen (doubly-fed) asenkron motor kullanılmaktadır. Bu makinenin en büyük avantajı; doğrudan şebekeye direk bağlı stator sargılarında gücün yüzde 80´i üretildiğinden, WPU’nun anma çıkışının yaklaşık yüzde 20´si için tasarlanmış olmasıdır. Buradaki eksiklik ise yüksek bakım gerektiren slip-ring teması ve dolaylı kontrolü sistemidir. Şebekenin bozulma durumları gibi zor şartlarda şebekeyi sabit tutmak için çok yüksek rotor akımı gereklidir.

Teknolojik ilerlemenin ana nedenlerinden biri de neden sadece rejeneratif enerji, konvansiyonel enerji üretimi anlamında ek olarak kullanılmaz. Aslında artan şekilde yerine geçmektedir. Özellikle enerji talebinin yüksek olduğu ülkelerde, son yıllarda 35 kilometrekare büyüklüğünde olan rüzgar santrali kurulmaları görülmektedir. Şebeke istikrarını garanti altına almak için şebeke voltajı düşüşleri olduğu durumlarda, reaktif güç kaynağı ve şebeke istikrar açısından, gereksinimler giderek daha sıkı hale gelmiştir. Bu nedenle, elektrik kesintisi durumunda şebekeyi desteklemesi için yeni RES´lerde tam boyutlu dönüştürücüler ile senkron veya asenkron jeneratörler giderek daha fazla kullanılmaktadır. Invertör, doğrudan kontrol edilerek 50 veya 60 Hz şebeke frekansına optimum senkronizasyon sağlanır. Hem de harmonik reaktif güç telafi edebilir ve reaktif güç kompanzasyonu üretilir. Ayrıca, senkron jeneratörler çok kutuplu (> 50) özellik sağlayarak, geçmişteki en sık arıza nedenlerini oluşturan sürücü kısımdaki vites kutusu gerekliliğini ortadan kaldırır. Her türlü sistemde kullanılan invertörlerde, ekonomik nedenlerden dolayı bunun yanı sıra optimum verim elde etmek için yaygın olarak 690 V nominal gerilim kullanılmaktadır. Güç dönüştürücülerinde yaygın olarak 1700 V gerilimli IGBT´lerden oluşur ve 20 kV’luk şebekeye bağlantı için bir trafo kullanılır. Çok daha pahalı olan 3.3 kV modüllerde bu uygulamalarda kullanılıyor, fakat sistemde yine trafo kullanılması gerekir. Bu da tüm çözümü çok pahalı hale getirir.

Rüzgar türbinleri konumu çıkış için en önemli faktör olmasına rağmen giderek daha büyük bir güç aralığını içine alacak şekilde dizayn edilmektedir.

Daha Fazla Güç

Rüzgar türbinleri konumu çıkış için en önemli faktör olmasına rağmen, giderek daha büyük bir güç aralığını içine alacak şekilde dizayn edilmektedir. 5 MW ve üzeri kurulu güce sahip açık deniz rüzgar çiftlikleri, daha iyi bir çözüm olmakla beraber kıyıda kurulan 3 MW’lik rüzgar türbinlerinin en ekonomik olduğu kanıtlanmıştır.

Şekil 1: Rüzgar güç ünitelerinin bulunduğu yere göre farklı iklim koşulları vardır. Örneğin, Çin ve Moğolistan´daki aşırı iklim koşulları, sıcaklık ve bağıl nem bakımından biraz çelişkili olduğundan, burada kullanılan güç elektroniği sistemleri bu gereksinimleri karşılayabilecek şekilde adapte edilmelidir.

Eğer her iki tip rüzgar güç üniteleri (iki kat-tam boyutlu bir dönüştürücü ile asenkron makina ve senkron / asenkron jeneratör beslemeli) aynı çıkış gücünü verebilirse tam boyutlu (full-size) dönüştürücü gücü 5 kat daha fazla olması gerekirdi. Bu da güç elektroniğinin 5 kat daha fazla gerek olduğu anlamına gelir. Ancak, çift beslemeli asenkron makinelerin düşük çıkış frekansları dikkate alındığında bu oran 3 – 3,5 katıdır.

Şekil 2: 1.471 MW’lık off-shore rüzgar enerjisinin (2008 göre) % 88’i SKiiP modüller kullanılarak üretilmektedir (Kaynak: www.renewableenergyworld.com).

Sadece güç elektroniği giderek popüler hale gelmemektedir. Aslında, karşılaması gereken gereksinimler de sürekli değişmektedir. Çift beslenen asenkron makinelerde yarı iletkenler düşük sıcaklıklarda farklı ısınması gerçeği nedeniyle koruma mekanizması bununla başa çıkabilecek şekilde adapte edilmek zorundadır. Bileşenlerin karşılaması gereken, yeni ve değişen taleplerin daha ileri seviyedeki nedeni “sert” iklim koşullarıdır.

Örneğin, Teksas’taki rüzgar güç üniteleri yüksek ısıya maruz iken, off-shore rüzgar türbinleri yüksek nem seviyelerine tabi kalır. Sonuç olarak, kullanılan soğutma sistemleri farklı tasarlanmış olmalıdır. Bu nedenle bireysel uygulamalar için soğutma çözümlerinin geliştirilmesi, geniş bir deneyim birikimine dayalı olması önemlidir.

Ortak Sorunlar İle Mücadelede Doğru Bilgi Birikimi (Know-How)

İnvertör verimi yüzde 98 ile yüzde 99 arasındadır. 6 MW tam boyutlu dönüştürücüde yaklaşık olarak 100 kW kayıp olacaktır. Bu kompakt sistemlerde oluşan ısı, soğutma açısından elektronik bileşenler için büyük bir sorun olmaktadır. Eğer soğutucu çok soğuk olursa soğutucu üzerinde yoğunlaşmaya neden olacaktır. Yüksek nem seviyesi olan bölgelerde bu durum özellikle dikkate alınmalıdır.

Şekil 3: SKiiP 4, kompakt tasarımlarda maksimum güvenilirlik ve uzun kullanım ömrü.

Bir başka sorun ise büyük akımların anahtarlanması sırasında oluşan yüksek gerilimlerdir (overvoltage). 500A ve yukarı akımlar için tasarlanmış modüller, nispeten büyük alana sahip olduklarından kaçak (stray) endüktansları artık ihmal edilebilir mertebede değildir.

Bu iki problemle başa çıkmak için, hem iyi düşünülmüş soğutma konsepti hem de optimum bir DC link tasarımı gereklidir. Rüzgarın gücünden tam olarak faydalanılmasına yardımcı olan, uzmanlık, deneyim ve optimize edilmiş uygulamaya özel modüller, rüzgar güç üniteleri işletmecilerinin minimum çaba sarf etme isteği taleplerinin karşılanması için gereklidir. 2009 yılının sonuna kadar dünya çapında kurulu RES’ler, 122 GW’lık toplam çıkış gücün 57 GW’lık kısmı Semikron tarafından geliştirilmiştir. Güç elektroniği pazarının önemli oyuncuları arasında yer alan firma, yıllar içinde oluşturduğu rüzgar enerjisi sektöründeki deneyim zenginliğini sadece IPM modüllerini arz etmekle yetinmemektedir. Aslında, firmanın deneyim ve sinerji etkileri son derece yararlı olduğundan Semikron yeni RES’lerin tasarımında aktif olarak yer almaktadır. Sistemi koruma alanında danışmanlık, örneğin aşırı akım veya gerilim koruma kısmı da Semikron’un hizmet portföyündedir. Güç elektroniği bileşenleri alanında önemli uzmanlığa sahip olan Semikron, RES’lerde kullanılan modüllerin geliştiricisi olmasının yanında, ayrıca invertör alt sistemleri de üretmektedir. Bu bilgi birikimi (know-how) invertör üreticileri için önemlidir. Onlara, sadece uygulama özelliklerine uygun olması konusunda değil, uzun bir hizmet ömrüde sağlayacak şekilde, düzgün DC bara devre yapılandırılmasına yardımcı olur.

Şekil 4: Taban plakalı standart lehimli modüller ile karşılaştırıldığında, SKiiP 4 IPM 7,5 kat daha yüksek sıcaklık döngü yeteneğine sahiptir.

Tasarım ve Kılıflama Teknolojisindeki Gelişmeler

Farklı yerler, farklı ihtiyaçlar ve sorunlar demektir. Bu Semikron’un farkında olduğu bir şeydir ve IPM’lerinin geliştirilmesinde kullandığı bir faktördür. SKiiP ailesi 4’üncü nesile ulaşmıştır. Kompakt tasarımlarda özellikle maksimum güvenilirlik ve uzun kullanım ömrü, rüzgar türbinlerinde en öncelikli konudur. Çünkü sistem bakımı pahalı ve karmaşıktır ve elektrik enerjisi üretilmediği zamanlarda gelir azalması nedeniyle mali kayıplar oluşur. Güvenilirlik, RES‘in 20 yıllık minimum servis ömrü boyunca aşağı doğru SKiiP modüllerine ve onların güvenilirliğine, yüksek kaliteli kılıflama teknolojisine kadar ulaşmaktadır. Bu özellik, offshore rüzgar çiftliklerinde önemlidir.

Yalıtım plakası (DCB) üzerindeki optimum çip dağılımı, düşük endüktanslı modül tasarımı ve simetrik akım dağılımı sayesinde SKiiP modüllerin güç yoğunluğu rakip ürünlere göre yaklaşık 20 kattır. Tüm SKiiP modülleri; soğutucu, güç elektroniği ve sürücü devresinden oluşan bir bileşen olarak sunulmaktadır. Müşterilerin seçebileceği iki standart soğutucu bulunmakta veya kendileri için özel olarak geliştirilen soğutucu çözümünü tercih edebilir.

Rüzgar türbinlerinin sayısının artması ve tam boyutlu dönüştürücülere doğru eğilim, güç elektroniğine olan talepte bir artışa yol açmıştır.

Yeni Temel Eğilimler

Güç elektroniği içeren rüzgar türbinleri, dünyada giderek daha popüler hale gelmektedir. Örneğin Çin ve ABD, artan enerji taleplerini karşılamak için büyük ölçüde rüzgar enerjisine eğilmektedir. Çekici enerji sübvansiyon programı olan ülkelerde rüzgar türbini sayısında belirgin bir artış görülebilir.

Net olarak görülen diğer bir eğilim ise; çift beslemeli (doubly-fed) asenkron makinelerden tam boyutlu (full-size) konvertörlere doğru bir geçiş olması, bunun nedeni ise operatör gereksinimlerinin karşılanmasını kolaylaştırmakta ve şebeke kalitesinin arttırılmasına imkan vermektedir. Semikron, rüzgar enerjisi sektöründe yılların deneyimine sahiptir ve bu alandaki bütün zorlukların ve gereksinimlerin farkındadır. Semikron, rüzgar enerjisi sektörü için güç elektronik ürünler üretir, kendi ürünlerini tasarlar ve üretir ve müşterilerine geliştirme desteği sunar. Semikron, 20 yıldır önde gelen rüzgar türbin üreticileri ile yaptığı işbirliği sonucu tüm önemli sinerji etkilerine katkıda bulunmuştur. Semikron rüzgar enerjisi üretiminde önemli bir rol oynamaktadır ve de devam edecektir.

Rüzgar türbinlerinin sayısının artması ve tam boyutlu dönüştürücülere doğru eğilim, güç elektroniğine olan talepte bir artışa yol açmıştır. Semikron yenilikçi ürünleri ile rüzgar enerjisi teknolojisinde çıkan yeni sorunlarla başa çıkmak için yeni standartların ortaya konmasında kendisini donanımlı olarak görmektedir.

http://www.bilesim.com.tr/dergi.php?git=yazi&id=8252&sn=1

HABER ARA