TR|EN
Güncel
E-Bülten Aboneliği
ITP (Muayene ve Test Planı) Hazırlama Eğitimi
Casp 2019
Tube & Steel İstanbul
Çelik Yapılar Extra
Tevfik Seno Arda Lisesi
Yayınlar > Çelik Yapılar
Sayı: 28 - Ağustos 2011

Seminer & Kurs




Prof. Dr. Milan VELJKOVIC



Türkiye’deki enerjinin % 25’inin yenilenebilir ve hidroelektrikten karşılanması için bir hedef olduğu belirtildi. Bence bu çok önemli, İsveç’te bile bu kadar değil.

“AR-GE ÇALIŞMALARIYLA VERİMLİLİK ARTIYOR”



İsveç’te Luleå Teknik Üniversitesi’nde bir kürsüm ve yaklaşık 18-20 tane bu konuda çalışma yapan öğrencim var. Kendileri 600.000 Euro’luk bir araştırma bütçesi içersinde türbinlerle uğraşıyorlar. Özellikle uygulama araştırmaları yapıyorlar. Bugün bazı sonuçlarından bahsetmeye çalışacağım, umarım sizlerin de ilgisini çeker. Rüzgar kulelerini daha ekonomik yapmak ve yeşil enerjiyi daha çok ortaya çıkarmak için bazı fırsatları özetleyeceğim.


Yenilenebilir Enerji

Dünyada hepimiz küresel ısınma ile ilgileniyoruz. Dolayısıyla, bizlerin bazı karar dokümanlarına uyumlu davranmamız gerekiyor. Daha önceki sunumlarda da belirtildi, konu üzerine uluslararası anlaşmalar var ve burada sera gazı emisyonlarının % 20 hatta anlaşma hedeflerine ulaşıldığında % 30’luk bir kesintiye gitmesi gerekiyor. Enerji tüketiminin ise % 20 azaltılması gerekiyor. Bunun yanında, enerji gereksinimimizin %20’sinin de yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanması amaçlanıyor.

Türkiye’deki enerjinin % 25’inin yenilenebilir ve hidroelektrikten karşılanması için bir hedef olduğu belirtildi. Bence bu çok önemli, İsveç’te bile bu kadar değil. Bu işten nasıl daha fazla büyüme ve istihdam yaratacağından bahsetmek istiyorum. Değişik enerjilerin küresel toplam tüketimine baktığımız zaman 50 TeraWatt saatlik bir rakamla karşı karşıyayız, küresel anlamda tüketim için bu kadar kullanıyoruz. Güneş enerjisinin kapasitesinin 86.000 TeraWatt olduğunu görüyoruz. Rüzgar enerjisinde aslında ihtiyaçtan fazla kapasiteye sahip. şimdi güneşten bahsettiğinizde, kuzey Avrupa için fazla kullanılabilir bir enerji olduğunu söyleyemeyiz, fakat Türkiye için bunu söyleyebiliyoruz. Ancak, her ülkede böyle bir potansiyel söz konusu değil. Öte yandan güneş enerjisinin kullanımına yönelik teknolojiler henüz çok da gelişmiş değil ve ülkeler arasında güneşten en fazla yararlanabilecek ülkelerde yeterli alt yapının olmadığını söylemek de mümkün. Örneğin Afrika’yı düşünün. Güneş enerjisi bol, ancak rüzgar enerjisi güneş enerjisine göre daha ucuz. Altyapı masrafları gerektiren konularda da hükümetler genellikle teşvik primleri vermeye devam ediyor. Mesela Avrupa Birliği’nde böyle bir uygulama son derece yaygın. Halkın görüşü bize bugün rüzgar enerjisinin faydalı olup olmayacağı konusunda bazı fikirler veriyor. Ama şunu da anlamamız gerekiyor. Rüzgar enerjisi her an halihazırda kullanabileceğimiz bir enerji değil çünkü rüzgar her zaman esmez. Rüzgarın büyük Rüzgar Enerji Santrali çiftliklerinde elektriğe dönüştürülmesi her zaman kolay olmuyor. Tamam Türkiye’de her an bir rüzgar esintisi var ve bu noktalara rüzgar enerji santrallerinin konması gerektiğinden bahsettik.

2008 yılında Avrupa Birliği’nin tüketiminin % 5’i rüzgârdan elde ediliyordu. Tabii ki bu ülkeden ülkeye değişiklik gösteriyor. Bu ortalama bir rakam tabii, örneğin Danimarka’da %15 hatta % 19, İsveç’te ise bu oran % 3 civarında kalıyor. Ancak bütün ülkeler kapasitelerini artırmak konusunda çabalar da gösteriyorlar.

Rüzgar enerji santrallerinde kule maliyetleri toplam maliyetin yaklaşık % 15-20’si kadar oluyor. Kuruluş masraflarının % 15-20’sinin kuleye ayrıldığını düşünürsek ve 1 megavat için 350.000 Euro’luk bir kule masrafı olduğunu göz önüne alırsak yatırımların büyüklüğüne yönelik bir fikir elde edebilirsiniz. Tabii bunların hepsi araştırma rakamları, Avrupa’da değişik yerlerde değişik fiyatlar arasında oynayabiliyor. 2008 yılında;

• Yeni santrallerin toplam değeri 36,5 milyar Euro,

• Birim santral maliyetinin 1,35 Milyon / MW olduğuna birim kule maliyetinin 280.000 Euro göre;

- Dünyada yaklaşık toplam 7,5 milyar Euro’luk,

- Avrupa’da ise 2.4 milyon Euro kule maliyeti vardı.

Ama tabii eğer bunlar çelikle yapılırsa. Bazı değişik ürünlerle rakiplerin de piyasaya girdiğini hatırlatmamız gerekiyor.

• 2009 yılında İsveç’te 1,56 GW tesisi için birim maliyet 1,68 milyon Euro / MW hesaplandı. Bu durumda;

- Toplam RES Pazarı 2,6 milyar Euro

- Kule pazarı 500 milyar Euro oldu


Şimdi biraz da inşaat mühendisleri, tasarımcılar ve özellikle kuleleri yapanlar için yapısal ayrıntılardan bahsedelim. Şimdi geleneksel olarak, dünyadaki kulelerin çoğu hatta hepsi genelde [silindirik] parçalardan oluşur. Kulenin bu parçalarının iki tane kompenenti vardır; biri silindir parçanın kendisi yani kabuk diyebileceğimiz parçası, diğeri ise bu kabukları birbirine bağlamak üzere kullanılan birleşim parçaları. Bu parçalar, kulelerin kabuğun içersinde halka flanşların (alt ve üst) arasındaki basma kuvvetini karşı kullanılır. Ancak bu aynı zamanda bir dezavantajdır, çünkü yaklaşık 50 megapaskal gücünde göreceli olarak düşük bir yorulma direnci söz konusudur. şimdi bu ne demektir, yüksek çekme kuvvetinde çelik kullanılamayacağını öngörür. Bu engelleri aşmak için bazı temel araştırmalar yapıldı ve bazı çözümler ortaya çıktı.Aynı zamanda bu dövme flanşların piyasa değerinin çok yüksek ve teslim tarihlerinin de çok geç olduğunu söylemek gerekiyor. Dolayısıyla bu flanşların getirdiği engellerden biri de bu.

Kulelerin silindir şeklinde olduğunu düşünürsek bunların nakliyesi de bazı sorunlar çıkartabiliyor. Bunlar yapısal etkinliğe de son derece katkı sağlayan durumlar. Bu arada kulelerin yüksekliği de en fazla 80-90 metre oluyor, genellikle bu yükseklikte kullanılıyorlar. Daha etkin kullanmak için daha yüksek kuleler kullanmamız ve türbinlerin kapasitesi de arttırmamız gerekiyor. Türbin yükseldikçe rüzgar daha sabit hale geliyor. Biliyorsunuz 12 metre / saniye rüzgarın optimal hızıdır, ama bu da tabi mevsimlere göre her yerde aynı esmiyor ve en verimli rüzgar hızına da 150 metre yükseklikte ulaşıyoruz. Türbinlerin uzunluğu 150 metre olunca nakliye ile alakalı sorun da oluyor. Amerikan Rüzgar Enerjisi Birliği’nin verdiği verilere bakarsak nakliye konusunda kendilerine göre bazı sınırlar belirlemişler, ama biz İsveç’de aynı yollara sahip olmadığımızdan aynı sınırlamaları kullanamıyoruz. Kule parçalarının çapı olarak 4,5 metre öngörülmüş, uzunluğu 36 metre denmiş, bunun ötesine geçildiği zaman polis eskortuyla nakliye edilmesi gerekiyor. Bu da tabiatıyla maliyeti son derece yükselten bir durum.

şimdi halkalardan bahsetmiştim, dünyada bunların tedarikçisi çok fazla değil. Çok büyük rekabet olduğu söylenemez. Çoğunluğu Çin’den, Kore’den geliyor. Nispeten flanşları tedarik eden bazı şirketler var. Dövme flanşlar kullanılıyor ve son derece pahalı. Her birleşimde kullanılan flanşların yaklaşık 30 Bin Euro’luk bir maliyeti var. Bu flanşlar 80 ilâ 200 mm arasında değişen kalınlıklara sahipler.

şimdi yaptığımız araştırmaya geri dönersek, bazı engellerden bahsetmiştik ve bunlara nasıl çözüm bulabileceğimizi araştırdık. Örnek verirsek son derece klasik bir kule montajını ele alırsak, çok kalın bir flanş var ve yaklaşık 150 mm diyelim. Bunu birbirinin üstüne yerleştiriyorsunuz, yani birini alttaki silindir kule parçasının üst kenarına diğerini üstteki kule parçasının alt kenarına kaynakla birleştiriyorsunuz ve sonra bu iki flanşı birbirine bağlamak suretiyle iki silindirik kule parçasını birleştiriyorsunuz. 2005 yılında Avrupa Birliği’nde 1,6 Milyon Euro’luk proje için başvuru yapılmıştı ve bu projede yeni yapılacak kulelerin tasarım fırsatlarını değerlendirmek istiyordum. Gördüğünüz gibi benim yeni tasarımımda flanş yok. Dolayısıyla bu birleşim başına yaklaşık 30 Bin Euro’luk masrafın azaltılması demek oluyor. Bir başka avantaj daha var; flanş yerine sürtünmeli birleşim kullanıyorum ve bu da metal yorgunluğu konusunda çok daha verimli oluyor.

2011 yılında başlattığım yeni bir proje var, hatta 2010 Kasım’ı diyelim; bu silindir şeklindeki tubular kulelerin ikinci kuşak versiyonlarını ortaya çıkarmak istiyoruz. Bunlar masrafları % 10 civarında azaltacak ancak böyle bir çözüm sonucunda da vazgeçemeyeceğiniz bir maliyet var, bu da nakliye. Yani sonuçta 4 metre çapı olan bir kuleden bahsediyoruz. Dolayısıyla nakliye olarak yaptığınız şey aslında hava, havanın nakliyesini yapıyorsunuz. Koskoca bir silindiriniz var içinde bir takım şeyler var, merdivenler gibi ama tam olarak taşıdığınız şey aslında hava.


Denizde Rüzgar Enerji Santralleri

Denize yapılan kulelerde ise en büyük sorun plajlarımızdan uzaklarda yapmak istememiz. Derin sulara kulelerin yerleştirilmesi. Bu tabi, biraz aşırı bir vaka. Norveç’te buna benzer bir durum var buradaki yüzer platform 117 metre dibe giriyor. Burada 2,3 MW’lık bir santral kuruluyor. şimdi kıyıya yakın ve uzak olan türbinlerin ekonomik farkının altını çizmek gerekiyor. Kıyıya yakın olan türbinler uzak olanlardan yarı yarıya daha az masraf çıkartıyor.

Hangi parçaların ne gibi masrafları olduğuna dair bir başka örneğe bakarsak, İngiltere’de bir kulenin fiyatı toplam maliyetin % 20 si olurken, aynı şey denizde kurulan kuleler için % 13 oluyor. Ama buna rağmen temel konusunda % 9 olan kıyıdaki santral masrafı denizde % 20 haline geliyor. Denizdeki en büyük sorun özellikle bakım masrafları. Kulenin mekaniği çok önemli olduğu gibi, kulenin bakım masrafı da çok önemli.


Yüksek Rüzgar Türbinleri için Karma Kuleler

Çalışmalarımızın odağında çelik var ama elimizdeki tek malzeme çelik değil. Artık birçok insan sırtını çeliğe dönüyor çünkü bunun birçok sebebi var. Örneğin Almanya’da bir şirket var, başındaki insan artık çelikle ilgili sıkıntılardan o kadar bıkmış ki, çelik yerine beton kullanmaya karar veriyor. Ama bir profesör olarak bana göre beton hala çelik kadar rekabetçi değil. Dolayısıyla benim buradaki görevim çeliğin betona karşı neden daha rekabetçi olduğunu göstermek. Beton lobisinin teşvik ettiği türbinleri görüyorsunuz: 100 metrenin üzerinde [yerinde imal edilen] kuleler. Çelikte çok fazla 100 metrenin üzerine çıkmıyorsunuz. 100 metrenin üzerinde çıktığınız zaman çap büyüyor ve nakliye masrafları artıyor ve bunlar da üretici için zorluk çıkartıyor. Bir de çelik kule ile beton kule arasında karma kule yapma olanağı var. Mesela kulenin 2/3’ü betondan yapılıyor, tepesinde 1/3’lük kısmı çelikte yapılıyor. Ama bana sorarsanız bu çok güzel bir çözüm değil.

şimdi kafes kuleler özellikle 150 metrelik boyu olan kuleler için çok iyi. Bağımsız araştırma kuruluşlarının yaptığı çalışmalara göre ki ben de bunlara referans grubu üyesi olarak katıldım ve şöyle bir sonuç çıktı, 150 metrelik bu kafes kulelerin maliyeti betondan yapılan kulelere göre % 30 daha az. Çelikle daha yükseğe çıkmak biraz daha zor ama bu tip kulelerdeki asıl sorun insanların sevmemesi, çirkin bulması. Çok daha fazla yer kaplıyor, çok daha karmaşık bir sistemle birbirine monte etmeniz gerekiyor ve binlerce civata kullanmanız gerekiyor. Ve her iki yılda bir bütün civataların elden geçmesi bakımlarının yapılması gerekiyor. Bu durum da benim bazı araştırmalarıma ışık tuttu. Öyle civatalar bulmak gerekiyor ki zaman içinde fazla değişmeye ihtiyaç duymasın.


RUKI Kuleleri

Finlandiya’daki Ruki şirketinin de teşvik ettiği bu kuleler şu anda piyasaya çıktığı zaman büyük rekabet yaratacağına eminim. Bu tür kafes kulelerdeki ana kolonların şekli silindirik olabiliyor ve bunlar maliyeti çok yüksek bir üretim sürecinden geçmiyor. Bu kolonlarda kullanılan borular [veya açık profiller] karmaşık soğuk şekillendirme tekniğiyle değil basit hadde teknikleriyle imal edilen çapları 600 mm civarında ve et kalınlığı 8 ilâ 20 mm arasında olan bu silindirlerdir. Kullanılar diğer [yatay ve çapraz bağlantı] profiller de aynı şekilde standart hadde profillerdir. Biz kulelerin gücünü genel olarak bu şekilde değerlendirebiliyoruz. Parçalar halinde hazırlanıp sahada monte edilen bu sistem taşıma açısından da büyük avantaj sağlamaktadır.

Ruki verdiği teşvik ile çeliğin önemini vurguluyor. İki kuleyi karşılaştıracak olursanız, birisi betondan diğeri çelikten yapılmış iki kuleyi, beton olan kulelerin çevresel düzenleme bağlamında çirkin, çevre açısından sakıncalı olduğunu göreceksiniz. Gelecekte de ne olacağını bilmiyoruz bu beton kulelerin. Hem daha fazla maliyete sebep oluyor, hem de daha çirkin görünüyor. İnsanlar artık yaşam döngüsü kavramının farkındalar. Yapısal anlamda bu ürünlerin geleceğini de düşünmemiz lazım. Burada da çeliğin yararlarından faydalanmak gerekir diye de düşünüyoruz. Çelik tamamen geri dönüşümlü bir malzemedir, tekrar tekrar kullanılabilir. Çelik yapının arkasında hurdalar da var ve bunların da belli bir değeri var. Ama beton kulelere bakacak olursak, yapımında daha fazla para harcamanız gerektiği gibi, kullanım süresi sonrasında molozlarını kullanamıyorsunuz, çünkü hurdası olmuyor. Biraz önce bahsettiğim kafes kulelere geri dönecek olursak yüksekliği 140 metre, bunlar hibrit kuleler ve bu kafes kulelerin arkasında bir teknoloji kullanımı var, çünkü kule parçaları soğuk şekillendirilmiş değiller, presli değiller, burada sıcak haddeli bir sistemimiz var, uzun hadde profiller kullanıyoruz ve ona uygun civatalarla monte etmeye çalışıyoruz. Bu arada burada kullandığımız civatalar, hepsi özel olarak testten geçirilmiş özel civatalar ve daha önce bunların performanslarını da test ettik. Yaptığımız araştırmanın sonucuna göre bunu bir referans olarak sizlere göstermek istiyorum, üniversitelerde de araştırmalar yapıldı ve rüzgar kulelerinin güvenirliliği gösterildi. Bu koordinasyonunu yaptığım ve 6 yıldır süren bir araştırmanın sonucudur ve bu projeye 3 Milyon Euro harcandı.

Flanşlarla ilgili olarak bazı değerlendirmeler de yapmaya çalıştım, günümüzde artık hayli pahalı olduğunu söyledim. Silindirin üst kısmında bir tür çerçeve var ve bu çerçeve üst flanşı durduruyor ve bunun etrafında da civataları görüyorsunuz üst kısmında ve buradaki piston da öyle bir karakterde yapılmış ki, iç kısmından da bunu monte edebilirsiniz. Burada tek taraftan işlemi gerçekleştirebiliyorsunuz. Burada sıcak civatalar görüyorsunuz ve bu segment önden de monte edilebiliyor arzunuza göre yer seviyesinde ve bu daha önceden monte ettiğiniz kısmı kullanabiliyorsunuz. Bu açık spotlar aslında bize başarının anahtarını gösteriyor. Çünkü bu iki parçayı birbirine, açık kısımlar (bağlantı yarıkları) sayesinde birbirine bağlıyoruz. 10 sene kadar önce de bir araştırma yapılmıştı, o zaman bu iki tane silindir parçasının birleştirilmesi için ellerinde aradaki bu boşluklar, bu delikler yoktu. Bu delikler olmadan büyük bir sorun yaşıyorsunuz kulelerde, silindirlerin dirence dayanmasının kesinlikle imkanı yok, toleransı yok, bu delikler ve bağlantı açıklıkları olmadan. Bu açık yarıklarla (slotlarla) birlikte daha iyi bir birleşim gerçekleştirebileceğiz ve daha etkin sonuçlar göreceğiz. Bir araştırma yaptık ve burada bir çok üniversite testler gerçekleştirildi burada flanşları ve bağlantı noktalarını test ettirdik modeli test ettirdik flanşları ve bağlantı noktalarını kontrol ettirdik. Yine büyük kuleleri de izliyoruz stresi kaldırıyor mu kaldıramıyor mu diye. Buradan aldığımız sonuçlara dayanarak tasarım değerlendirmesi yaptık ve bir kılavuz hazırladık bu amaçla. 300 tane civatanın her birine tek tek bakılıyor bağlantı esnasındaki davranışları ölçülüyor, montaj öncesinde de bu testleri yapıyoruz. Bazen bana soruyorlar “biz nasıl montaj yapabileceğiz?” diye. Ben de onlara “her kulede bunu yapmanın imkanı var” diye söylüyorum, kule segmentlerini monte etmenin de imkanı var. Yine araştırmanın iyi bir sonucunu görüyorsunuz, hayli büyük de bir para harcadık. Bu model çok basit gibi görünüyor ama, bunu yapmamız iki sene aldı, çünkü içindeki birleşimler çok basit görünse de son derece karmaşık model. Yani bu anlamda, son derece detaylı ve zor bir proje bu. Civatalarla ilgili bir başka grafiğe bakarsak, civataların potansiyel gücüne ve üzerindeki boyalara bakacak olursak bunların hepsi kulelere bir etkide bulunabilir. Öyle bir tasarım yapacaksınız ki civatalarla kulelere hiç zarar vermeyecek.

Ben TCB (Tension Control Bolts) ve Huck BobTail lockbolts civaralarını göstermek istiyorum sizlere TCB civatasının ve Huck Bob civatasının da büyük avantajları var en büyük avantajı önemli bir testi geçmiş olması. Zorlanmalardan dolayı normal civatalarda bir gevşeme olabiliyor, Huck Bob civataları klasik somun şeklinde değil, sıkıştırma yapan bir aparatı var ve bununla çok sağlam bir sonuca ulaşıyor. İyi bir performans veriyor ve gevşemeyi engelliyor. Biz fizibilite testi ve metal yorgunluğu testlerimizi gerçekleştirdik, yaptığımız maliyet analizlerine göre her bir birleşim için maliyetin 20 Bin Euro olduğunu söyleyebiliriz. Zaman değerlendirmesi de yaptık. Bu araştırmayı ilk yaptığımızda sadece delikler ve çapraz bağlantılarda yapmadık, bunu her yerde yaptık. Araştırmayı kulenin her yerinde gerçekleştirdik ve sonuçlara baktığımızda herhangi bir güvenlik sorunu olmadığını tespit ettik. Stresi azaltmak için ana fikrimiz buydu. Bu araştırma sonucunda ortaya çıkardığımız kuleler; daha ince ve daha ucuz oluyor, daha hızlı monte ediliyor, bakımı da daha ucuz.



Çelik Yapılar - Sayı: 28 - Ağustos 2011

Seminer & Kurs

RÜZGAR ENERJİSİ VE SANTRALLERİ SEMİNERİ
Prof. Dr. Nesrin Yardımcı - Türk Yapısal Çelik Derneği Yönetim Kurulu Başkanı
Hasan SELEKT - Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı Enerji İşleri Genel Müdürlüğü, Şube Müdürü
Mustafa ÇALIŞKAN - Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü, Yenilenebilir Enerji Kaynakları şube Müdürü
Prof. Dr. Tanay Sıdkı Uyar Marmara Üniversitesi Yeni Teknolojiler Araştırma Uygulama Merkezi Müdürü EUROSOLAR-Avrupa Yenilenebilir Enerji Birliği Başkan Yardımcısı ve Türkiye Bölümü Başkanı Dünya Rüzgar Enerjisi Birliği Başkan Yardımcısı
Prof. Dr. Milan VELJKOVIC
Patrick WAHLEN - Global Busines Director for Power Generation, Lincoln Electric, ABD
Anssi MAKELA - Sales Manager, PEMAMEK, Finlandiya
Önder DEMİRER - Demirer Holding Yönetim Kurulu Başkanı
Koray ALTINKILIÇ - NORDEX Enerji A.Ş.
Hasan ŞEMSİ - Berdan Cıvata ve Somun Sanayi Genel Müdürü
© 2014 - Türk Yapısal Çelik Derneği