Danimarka Teknik Üniversitesi Küresel Rüzgar Atlası

Rüzgar atlasları, rüzgar rejimleri hakkında bilgi veren ve potansiyel rüzgar enerjisi kaynaklarını farklı yüksekliklere ve yüzey pürüzlülük tiplerine göre değişen hız dağılımlarıyla gösteren coğrafi veri kümeleridir. Bu atlaslar gözlem ve ölçüme dayanan verilerle oluşturulabilirler. Ancak, yüksek kaliteli rüzgar ölçüm ağının yetersiz kaldığı yerlerde jeo-uzamsal rüzgar rejimi verilerini elde etmek için sayısal modellere dayanan metodolojiler geliştirilmiştir.

A- A+

17.09.2018 tarihli yazı 6371 kez okunmuştur.

Global Wind Atlas (https://globalwindatlas.info/), Danimarka Teknik Üniversitesi (DTU) Rüzgar Enerjisi Bölümü ile Dünya Bankası arasındaki bir ortaklığın ürünü olarak rüzgar santralleri için potansiyel teşkil eden yüksek rüzgar alanlarını tespit etmek ve ön hesaplamalar yapmak için tasarlanmış ücretsiz, web tabanlı bir uygulamadır. Şu an kullanımda olan Global Wind Atlas 2.0 erişime Aralık 2017’de açılmıştır ve altyapısı 9 km çözünürlükte orta ölçekli (mesoscale) rüzgar modellemeleri sunan Vortex tarafından oluşturulmuştur. Uygulama, orta ölçekli verilerin küçük ölçeklere (microscale) indirgenerek genelleştirilmesi esasına dayanan veriler ortaya çıkarmaktadır. 2019 yılında kullanıma sunulması planlanan GWA 3.0 ile yıllık enerji üretimi ve kapasite faktörü verilerinin de uygulamada yer alması hedeflenmektedir.

Global Wind Atlas’ın Amaçları:

Global Wind Atlas (GWA), temel olarak yerinde ölçüm istasyonlarının sahalara yerleştirilmelerinden önce potansiyel bölgeler hakkında ön değerlendirme imkanı sunarak rüzgar enerjisi sektörünü desteklemektedir. Aynı zamanda da ülkeler için il bazında ve yerel ölçekte veriler sağlayarak enerji üretimi yatırımlarında yararlı bir araç olarak hizmet etmektedir. Ancak hesaplamalarında belirsizliğe neden olabilecek orta ölçekli modelleme bileşenlerinden ötürü GWA’nın rüzgar santrallerinin mikro ölçekli konumlandırma ve güç hesapları amaçlarıyla kullanımı tavsiye edilmemektedir.

Yöntem:

Global Wind Atlas (GWA) büyük/orta ölçekli rüzgar verilerinin küçük ölçekli verilere indirgenmesi olarak açıklanabilecek bir ölçek küçültme işlemi kullanmaktadır. Büyük/orta ölçekli rüzgar verileri, atmosferik verilerin yeniden analiz (atmospheric re-analysis data) yöntemi ile işlenmesi sonucu elde edilirler. Yeniden analiz, hava ve iklimin zaman içinde nasıl değiştiğine dair kapsamlı bir kayıt geliştirmek amacıyla kullanılan bilimsel bir yöntemdir. Yeniden analiz yönteminde küresel ölçekli gözlemler ve Dünya sisteminin bir veya daha fazla yönünü simüle eden sayısal hava durumu tahmin modelleri, sistemin durumuna dair sentezlenmiş bir tahmin oluşturmak için birleştirilir. Yeniden analiz verileri, rüzgar enerjisi sektöründe, özellikle rüzgar kaynağı değerlendirmesinde son yıllarda sıkça kullanılmaktadır ve neticede bu veri setlerinin artan çözünürlüğü Global Wind Atlas metodolojisini daha kuvvetli hale getirmiştir.

Veri setlerine bağlı olarak yaklaşık 70 km'lik çözünürlüklü modeller yeniden analiz verileri 9 km çözünürlükteki orta ölçekli modele aktarılır. Mesoscale modelleme adı verilen bu işlem atmosferin karmaşık akışlarının ve hava koşullarının 3-10 km çözünürlükte modellenmesi ve tanımlanmasıdır. Ancak bu büyüklükte bir örgü (grid) aralığı daha küçük topoğrafik etkileri ve pürüzlülük değişimlerini tanımlamaya yetmez ve ölçek küçültme işlemine devam edilmesi gerekir.

Bir sonraki adım elde edilen veri kümelerinin küçük ölçekli modellere (microscale modelling) aktarılmasıdır. Modelleme süreci her 1 km için 50 m, 100 m ve 200 m yüksekliklerindeki rüzgarların hesaplanmasından oluşur. Arazi özellikleri rüzgar hızını doğrudan etkileyen faktörlerden biri olduğundan küçük ölçekli modellemelerde rüzgar akışı tepe ve sırt gibi farklı arazi yapılarına ve farklı bitki örtüsü koşullarına uygun olarak düzenlenebilir. Küçük ölçekli modellemelerde tipik örgü aralığı 5-100 m'dir.

Global Wind Atlas’ın kullanıdığı modelleme yönteminin temel unsurlarından birisi de Danimarka Teknik Üniversitesi Rüzgar Enerjisi departmanı tarafından geliştirilen genelleştirilmiş rüzgar rejimi (generalized wind climate) kavramıdır. Genelleme (generalization) adı verilen bu işlem nümerik rüzgar atlası uygulamalarında orta ölçekli modelin çıktısının küçük ölçekli modele aktarılmasında kullanılır. Kapsamı gereği, orta ölçekli modelde arazi yüzeyi detaylı bir şekilde tasvir edilemez. Bu sebepten ötürü orta ölçekli modellemedeki görülen rüzgar rejimi değişimleri gerçek değerlerden ve küçük ölçekli modellemenin değerlerinden farklıdır. İki modelde de görülen ve rüzgar hızına aynı etkilere sahip faktörler, orta ölçekli modellemenin çıktıları küçük ölçekli modellemeye aktarılırken orta ölçekli modellemeden temizlenir ve yanlış/fazla hesaplamanın önüne geçilir.

Hesaplama Sistemi:

GWA, Frogfoot adı verien ve altyapısı World in a Box isimli yazılım geliştirme firması ile birlikte hazırlanmış bir hesaplama sistemi kullanmaktadır. Frogfoot ile çok sayıda genelleştirilmiş rüzgar rejimi verisi kullanılarak geniş bir alana yayılmış yüksek çözünürlüklü hesaplamalar yapılır. Frogfoot sisteminde arazi, vektör haritaları yerine raster haritaları kullanılarak tanımlanır çünkü genellikle küresel topografik veriler raster formatlardadır. Aşağıdaki Şekil 1. de 50 km x 50 km’lik bir alanda iki farklı çözünürlükteki modelleme sonucu 50 metre yükseklik için hesaplanan güç yoğunluğu değerleri gösterilmiştir.

Şekil 1. Orta ölçekli modelleme ile elde edilen tahmini güç yoğunluğu (solda) ve küçük ölçekli modelle birleştirilmiş yüksek çözünürlüklü bölgenin güç yoğunluğu (sağda)

Görselde açık mavi, yeşil renkli alanlar yüksek güç yoğunluğunu temsil etmektedir. Soldaki modellemede alan 2.5 km’lik gridlere bölünmüş ve ortalama güç yoğunluğu 323 W/m² olarak hesaplanmıştır. Sağdaki modellemede ise alan 100 m’lik gridlere ayrılmış ve alanın yüksek çözünürlüklü profili ile ortalama güç yoğunluğu 505 W/m² olarak hesaplanmıştır.

Yüksek çözünürlüklü modellemenin etkisi daha rüzgarlı alanlara bakıldığında daha da güçlenmektedir. Rüzgar türbinleri uygun yerlerde konumlandırılacağından, arazi özelliklerine bağlı olarak rüzgar enerjisi yoğunluğunun dağılımını yakalayabilmek önemlidir. En uygun bölgelere odaklanıldığında rüzgar enerjisi yoğunluğu artar. Şekilde de kırmızı renkle verilen değerler rüzgar güç yoğunluğu en yüksek bölgeleri göstermektedir ve yüksek çözünürlüklü modellemede güç yoğunluğu artarak 610 W/m² olarak hesaplanmıştır.

Global Wind Atlas’ın haritalarına https://globalwindatlas.info/ adresinden ücretsiz olarak erişilebilir ve bölgelere göre rüzgar hızı, hakim rüzgar yönü ve güç yoğunluğu gibi veriler ile orografi ve pürüzlülük haritalarına ulaşılabilir.

Yazarlar:
Mehmet Göksel Güngör
Siemens Wind Power Rüzgar Enerjisi A.Ş.
Mikrokonumlandırma Mühendisi

Atakan Arabacı
Boğaziçi Üniversitesi Makine Mühendisliği

Kaynakça:
► https://globalwindatlas.info/
► https://www.vindenergi.dtu.dk/english/news/2018/06/the-global-wind-atlas-is-widely-used-across-the-world?id=9aa9019b-6ff8-4212-9f0b-2ab0adb8137e
► https://www.energiteknologi.dk/sites/energiteknologi.dk/files/slutrapporter/gwa_64011-0347_finalreport.pdf
► http://science.globalwindatlas.info/datasets.html