Anemometre

Rüzgar hızı ölçümleri genellikle kupalı tür anemometreler ile yapılır. Kupalı anemometreler, dikey eksenli olup, 3 adet kupası vardır. Kupanın dakikadaki dönme sayısı elektronik olarak kaydedilir. Böylece rüzgar veya lazer türü anemometreler de bulunmaktadır. Bunlar, hava moleküllerinin davranışlarına ve hızların dayalı ilkelerle çalışırlar. Ayrıca, “sıcak telli anemometreler” rüzgar ile telin soğuması ilkesine dayalı olarak çalışırlar. Kullanımı yaygın ve pratik değildir. Anemograflar rüzgar hızlarını çizimsel olarak kaydeden aygıtlardır.

Kupalı anemometre
Öngörülen rüzgar türbünü sitesinde rüzgar hızı ve yönü ölçümlerinin en iyi yolu öngörülen “türbün göbeği”yüksekliğinde ölçüm yapılmasıdır. Bu yöntem, farklı yüksekliklerde rüzgar hızı hesaplama belirsizliklerini ortadan kaldırır. Anemometre direğin en üstüne kurulursa, direkten kaynaklanan akım bozulmalarından etkilenmez. Eğer anemometre direğin yanına kurulmak zorunda kalınırsa, öngörülen baskın yöne açık olacak şeklide kurulmalıdır. Yani kulenin rüzgara yapacağı gölgeleme etkisi en aza indirilmelidir. Anemometrelerden ve yön sezgicinden alınan bilgiler ir mini bilgisayar üzerindeki yonga da toplanır. Bu şekilde veri toplamaya yarayan aygıtlara veri toplayıcılar denir. Veri toplayıcılar, genellikle normal büyüklükteki pillerle uzun süre işletilebilirler. Eğer ölçüm soğuk hava, buzlanma vb. ortamda yapılacak ise, ısıtmalı anemometreler kullanılır. Ancak, bunların enerji gereksinimleri için şebekeye bağlanma zorunluluğu, pratik olmayan yönleridir.

Rüzgar hızı ölçümleri genellikle 10 dakika ile 60 dakikalık ortalama hız aralığında yapılır. Böylece bir çok standart değerlendirme programıyla konfigürasyon kolaylıkla sağlanır. Dünya Meteoroloji Örgütü”nün belirlediği standart ölçüm yüksekliği 10 metredir.

Rüzgar, devinen havadır. Bu devinim bir vektör boyunca belirli bir kuvvettir. Bunun sonucunda rüzgar, hız ve yön olmak üzere iki değişkenle ölçülür. Hızdaki ani dalgalanma veya değişiklikler hamle olarak adlandırılır. Gerçekte rüzgarın hızı, yönü ve hamlesi en iyi aletlerle ölçülür. Aletlerle ölçmenin olanaksız olduğu durumlar rüzgar, kestirilerek de ölçülür. Kestirerek rüzgar ölçümünde Beaufort ölçeği kullanılır.

Meteorolojistler hava kestirimleri yapmak için verileri, meteoroloji istasyonları ve hava alanlarından toplarlar. Rüzgar hızı ve rüzgar yönü bilgilerini, rüzgar enerjisi parkına aday yerlerdeki rüzgar koşullarını genel olarak değer lendir mek için sık sık kullanırlar. Rüzgar hızı, engel yakınında çevre arazisinin pürüzlülüğünden ve arazi eğiminden şiddetle etkilenir. Yapılan meteorolojik ölçümleri yerel koşullarla değerlendirilmedikçe “site” için rüzgar koşullarını belirlemek son derece zordur. Bazı durumlarda meteorolojik verilerin doğrudan kullanımı, site deki gerçek rüzgar potansiyelinin altında kestirim yapılmasına yol açar.

Rüzgar Değerlendirmeleri
Elde edilen rüzgar kayıtları, kalite kontrolü yapılarak istatistik çözümlemeler de kullanılmak üzere değerlendirilir. Değerlendirmelerde, hem uzun dönemli rüzgar kayıtlarını elde etmek, hem de farlı site ve farklı yüksekliklerde rüzgar özelliklerini belirlemek için rüzgar hızı dağılımı olasılık yoğunluk fonksiyonları kullanılır. Bu fonksiyonlar, Rayleigh dağılımı, Weibull dağılımı ve Beta dağlımı dır.

Weibull Dağılımı: Rüzgarın belli bir periyotta değişimi ve dağılımı, hem enerji üretimi değerlendirmelerinde hem de rüzgar endüstrisinde çok önemlidir. Türbün tasarımcıları, türbün iyileştirilmesinde ve maliyetleri en aza indirmede rüzgar dağılımı ve değişimi ile ilgili bilgilere gerek duyarlar. Eğer bir yıl boyunca rüzgar ölçülürse, genel olarak çok şiddetli rüzgarların nadiren, ılımlı ve şiddetli rüzgarların daha çok ortaya çıktığı görülür. Bir site için rüzgar dağılımı ya ölçülerek, ya da ölçümlere dayalı değişik nokta ve yüksekliklerde “Weibull dağılımı “ ile belirlenir. Bu dağılım, şekil ve ölçek değişkenleriyle belirtili. Bu dağılımın altında kalan alanın toplam olabilirliği “1” dır. Yani, sakin havalar da bunun içinde olmak üzere, belli bir periyotta rüzgarın her aralıkta toplam olma olasılığı %100 dür. Weibull dağılımı eğrisi simetrik değil çarpıktır. Bu eğriyi oluşturan her bir hız frekansları, ortalama hızın bulunmasını da sağlar.

Rayleigh Dağılımı: Eğer Weibull dağılımı şekil değişkeni 2 ise, böyle bir dağılıma “Rayleigh dağılımı denir. Rüzgar türbini üreticileri genellikle makine başarımlarını Rayleigh dağılımına göre verirler. Bunun nedeni, değişik yerlerdeki rüzgar dağılımlarının bilinmemesidir.

Rüzgar Gülü: Rüzgar gülü, belirli kesimlerdeki rüzgarın esme sıklığını gösterir. Rüzgar gülü, aynı zamanda her bir kesimin ortalama rüzgar hızına katkısının ne kadar olduğunu gösterir. Bir rüzgar gülü farklı kesimlerdeki oransal rüzgar hızları bilgisini verir. Rüzgar gülleri yerden yere değişiklik gösterir. Yakın yerlerde ise, özellikle baskın yön açısından rüzgar gülleri birbirine yakınlık gösterir. Bu durumlarda pratikte interpolasyon veya korelasyon güvenle yapılabilir. Eğer dağ ve vadilerden oluşan karmaşık bir arazi var ise, bu yerler ile kıyı bölgeleri arasında önemli yön değişiklik leri olur. Bu durumlarda kestirimler yapmak genellikle güvenilir değildir. Rüzgar gülü yalnızca rüzgar yönlü, türbün yerleşiminde son derece önemlidir. Eğer türbünleri bu yönde yerleştirmek gerekiyorsa, örneğin baskın enerji yönü kuzey ise doğu ve batı yönlerindeki engeller çok önemli değildir. Çünkü bu yönlerden herhangi bir rüzgar gücü gelmez. Bunun yanında, rüzgarın şekli ve enerji içeriği yıldan yıla yaklaşık %10 değişir . Bu nedenle birkaç yıllık gözlemler sağlıklı yaklaşımlar için iyi sonuçlar verir. Genelde geniş rüzgar parkı planlamacıları bir yıllık yerel ölçümlere güvenirler. Bu ölçümlerle, yakın ve uzun dönemli meteorolojik gözlemlerden yararlanarak uzun dönemli güvenilir veri elde ederler.