Халықаралық Ғылыми-тәжірибелік конференцияның ЕҢбектері

220 
 
Критерий  энергетической  эффективности  выбора  парогенератора,  рассчитанного  на  сжигание 
Экибастузского  угля,  определяется  элементарным  составом  топлива,  его  теплотехническими 
характеристиками  и  поведением  продуктов  сгорания  в  топочной  камере.  Экибастузский  уголь  является 
энергетическим  твердым  топливом,  который      экономически  целесообразно  использовать  для  получения 
больших  количеств  теплоты  на  тепловых  электростанциях  для  производства  тепловой  и  электрической 
энергии.  
Химический  состав  твердого  топлива  определяют  не  по  количеству  соединений,  а  по  суммарной 
массе  химических  элементов  в  топливе  в  процентах  от  1кг,  то  есть  устанавливают  элементарный  состав 
топлива на рабочую массу. Рабочая масса представляет собой топливо в том виде, в каком оно поступает в 
топочную камеру, а элементам, входящим в состав топлива присваивается индекс «р». 
Расчеты по сжиганию топлива в топках парогенераторов выполняют на основании его элементарного 
состава по рабочей массе топлива и содержанию в нем в процентах [2]: 
1)  горючих  химических  элементов  -  углерода  (С),  водорода  (Н),  серы  (S),  которая  включает  в  себя 
органическую (S
ор
) и колчедановую серу (S
к
); 
2)  негорючих  элементов  -  кислорода  (O)  и  азота  (N),  составляющих  внутренний  балласт  топлива,  а 
также влаги (W) и золы (А), составляющих внешний балласт топлива. 
Элементарный состав твердого топлива на рабочую массу представлен уравнением: 
С
р
 +Н
р
+О
р
+ N
р
+ S
р
+ А
р
+ W
р
 = 100%.                            (1) 
Элементарный состав Экибастузского  угля приведен в таблице 1 [2]. 
Таблица 1. Элементарный состав Экибастузского угля  
 
Рабочая масса топлива 
элементарный состав, % 
W
p 
A
P 
S
р 
С
P 
H
P 
N
P 
O
P 
S
P
к
 
S
P
ор
 
7,0 
40,9 
0,7 
0,7 
42,5 
2,6 
0,7 
5,6 
Из сравнения различных видов углей видно, что высокая зольность и низкая влажность  проявляется 
у Экибастузского угля. Это вызвано с открытым способом добычи угля, таблица 2. 
Таблица 2.  Сравнение элементарного состава различных видов углей. 
 
 
Экибастузский 
уголь 
Карагандинский 
уголь 
Донецкий 
уголь 
С
остав р
або
чей
 м
ас
сы
 
то
пл
ива, 
%
 
W
Р 
7,0 
8,0 
13,0 
A
Р 
40,9 
32,2 
21,8 
S
Р
к
 
0,7 
0,8 
3,0 
S
Р
ор 
C
Р 
42,5 
49,6 
49,3 
H
Р 
2,6 
3,1 
3,6 
N
Р 
0,7 
0,8 
1,0 
O
Р 
5,6 
5,5 
8,3 
Низшая теплота 
сгорания, Q
р
н, 
МДж/кг
 
16,38 
19,26 
19,6 
 
Технические  характеристики  топлива  оказывают  существенное  влияние  на  организацию  топочного 
процесса,  его  эксплуатацию,  профиль  парогенератора,  компоновку  поверхностей  нагрева,  конструкцию 
парогенератора и оборудования входящего в парогенераторную установку.  
Основными  техническими  характеристиками  твердого  топлива  являются  теплота  сгорания  топлива, 
зольность, влажность и выход летучих веществ [3].  
Теплота  сгорания  топлива  определяется  количеством  теплоты,  выделяемой  при  полном  сгорании 
горючих  элементов  единицы  массы  топлива.  Различают  высшую  и  низшую  теплоту  сгорания  топлива. 
Высшую  теплоту  сгорания  составляет  количество  теплоты  при  условии,  что  образующиеся  при  сгорании 
водяные пары конденсируются, и возвращается их теплота конденсации.  
В  тепловых  расчетах  используют  низшую  теплоту  сгорания,  т.е    теплоту  за  вычетом  теплоты 
конденсации  водяных  паров,  так  как  часть  теплоты  затрачивается  на  восполнение  потерь  от  присосов 
воздуха в газоходах парогенератора и системах пылеприготовления. Низшую теплоту сгорания топлива на 
рабочую массу можно определить по формуле: 
p
p
p
p
p
р
н
W
)
S
(O
H
C
Q
24
109
1030
339
, кДж/кг,                  (2) 

221 
 
где 
р
н
Q
 - низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг. 
Низшая  теплота  сгорания    Экибастузского    угля,  принимаемая  в  тепловых  расчетах  составляет 
р
н
Q
=16380кДж/кг [3]. 
Экибастузский уголь – молодой каменный уголь, высокий выход летучих веществ определил марку 
угля СС – слабоспекающийся.  
Высокий выход летучих веществ определяет благоприятные условия раннего воспламенения горючих 
элементов топлива и меньший расход растопочного топлива – мазута марки М-100.  
Специфика  Экибастузского  угля  состоит  в  приемлемой  воспламеняемости  пыли,  несмотря  на 
высокую  зольность  угля,  хорошим  прохождением  угля  по  тракту  топливоподачи  благодаря  низкой 
влажности. Пыль  Экибастузского  угля практически  невзрывоопасна, что позволяет поддерживать  высокие 
температуры  аэросмеси  перед  мельницами  (до  210°С).  Высокое  содержание  в  минеральном  баласте  угля 
оксидов кремния и алюминия в виде соответственно кварца и каолинита определяет высокую тугоплавкость 
золы. В связи с этим, котлы на Экибастузском угле отличаются высокой температурой на выходе из топки 
[4].
 
Зольность топлива содержит негорючие минеральные вещества, основными составляющими которого 
являются  глина,  силикат  и  железный  колчедан,  сульфаты  кальция  и  железа,  закись  железа,  окислы 
различных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т.д. При сжигании топлива его минеральные примеси в 
зоне высоких температур ядра факела преобразуются в золу, которая представляет собой смесь минералов, 
находящихся  в  свободном  состоянии  или  связанных  с  топливом.  Свойство  золы  оказывают  большое 
влияние на организацию процесса сжигания топлива и условия работы конвективных поверхностей нагрева. 
Мельчайшие  твердые  частицы  золы  подхватываются  потоком  топочных  газов  и  уносятся  из  топочной 
камеры,  образуя  летучую  золу.  Летучая  зола  загрязняет  конвективные  поверхности  нагрева,  снижая  их 
тепловую  эффективность.  Остальная  часть  золы,  расплавленной  в  ядре  факела,  выпадает  в  низ  топочной 
камеры  или прилипает к трубным поверхностям и затвердевает, образуя шлаки.  Шлак представляет собой 
твердый раствор минералов, и его твердый состав может отличаться от состава золы[5]. 
Повышенная  влажность  топлива  вызывает  ряд  трудностей:  снижается  теплота  сгорания; 
увеличиваются  расход  топлива  и  затраты  на  его  размол  и  транспорт;  увеличивается  объем  продуктов 
сгорания и расход энергии на привод дымососа; усиливается коррозия и загрязнение поверхностей нагрева 
липкими  отложениями,  в  особенности  поверхностей  воздухоподогревателя.  Различают  влагу 
поверхностную, капиллярную, коллоидную и кристаллогидратную.  Грунтовая вода и атмосферные осадки, 
попадающие  в  топливо,  механически  удерживаются  на  его  поверхности  за  счет  смачиваемости  водой 
поверхностного  слоя  топлива.      Количество  механически  удерживаемой  на  поверхности  топлива  влаги 
зависит от фракционного состава – оно тем больше, чем мельче топливо, так как сильно растет поверхность 
смачивания.  Капиллярная  влага  находится  в  капиллярах  и  порах,  имеющихся  в  большом  количестве  в 
молодых  углях.  Коллоидная  влага  обусловлена  коллоидно-химической  структурой  органической  части 
топлива,  способной  впитывать  в  себя  часть  внешней  влаги  (явление  набухания  поверхностного  слоя). 
Кристаллогидратная влага является составной частью топлива, она входит в состав ряда минералов. Полное 
выделение этой влаги происходит только при разрушении кристаллов, при температурах 700-800
о
С. 
Летучие  газообразных  вещества  (CO,  H
2
,  CH
4
,  CO
2
,  C
m
H
n
,  O
2
)    образуются  при  разложении 
кислородсодержащих  молекул  топлива  при  их  нагреве  от  100
о
С  до  1000
о
С.  Выход  летучих  веществ 
определяется  содержанием  кислорода  в  топливе,  чем  моложе  топливо,  выход  летучих  больше,  который 
оказывает  непосредственное  влияние  на  организацию  топочного  процесса,  выбор  объема  топки  и  ее 
энергетическую эффективность. Твердый горючий остаток после выхода летучих образует кокс.  
Таким  образом,  основными  показателями  твердого  топлива  являются:  теплота  сгорания,  зольность, 
влажность  и  выход  летучих  веществ.  Следует  отметить,  что  по  многим  теплотехническим    и  химическим 
характеристикам Экибастузкий уголь  имеет высокую тугоплавкость золы в процессе сжигания в топочной 
камере,  вследствие  которого  значительно  повышается  энергоэффективность  и  КПД  котельного 
оборудования.     
 
Литература 
1.
 
Дукенбаев  К.  Энергетика  Казахстана.  Условия  и  механизмы  ее  устойчивого  развития.  –  Алматы:  2004.  -
604с. 
2.
 
Мунц В.А., Павлюк  Е.Ю. Основы теории горения топлив.  Екатеринбург. ГОУ ВПО  УГТУ-УПИ, 2005.  - 
102с. 
3.
 
Курмангалиев  М.Р.,  Фисак  В.И.  Сжигание  энергетических  углей          Казахстана  и  защита  атмосферы.  – 
Алма-Аты. Наука Казахской ССР, 1989. – 223с. 
4.
 
Пути реконструкции оборудования промышленной ТЭЦ при переводе на сжигание других видов топлива: 
На  примере  Омской  ТЭЦ-5;  Дис.  на  соискание  ученой  степени  кандидата  техн.наук  /  Гаак  В.К.-  Омск, 
1999.-160с. 
 
 

222 
 
TÜRKĠYE’DE RÜZGÂR ENERJĠSĠ KULLANIMI VE RÜZGÂR SANTRALLERĠNĠN YAPISINA 
GENEL BAKIġ 
 
Y.Doç. Dr. Ümit YALÇIN
a
, Y.Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU
b
 
a
Balıkesir Üniv. Balıkesir Meslek Yüksekokulu Çağış Yerleşkesi BALIKESİR-TÜRKİYE 
b
Balıkesir Üniv. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Çağış Yerleşkesi BALIKESİR-TÜRKİYE 
 
ÖZET 
Tüm dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıyla elektrik enerjisi üretilmesi birçok etkenden dolayı 
güncelliğini  korumaktadır.  Rüzgâr  enerjisi,  çevreyi  kirletmeyen  ve  yenilenebilir  bir  enerji  olduğundan  her  geçen  gün 
önemi artmaktadır. Dünyada toplam kurulu enerji kapasitesinin %3’ü Rüzgâr Santrallerinden sağlanmaktadır. 2011 yılı 
sonu itibarıyla 237.000 MW olan rüzgâr enerjisi kurulu gücünün, 2020 yılında 1 milyon MW’a erişmesi beklenmektedir. 
Görüldüğü gibi sektör önümüzdeki yıllarda da önemini arttırarak sürdürecektir. 
Rüzgâr  santrallerinin  yapısı  ve  teknolojisini  oluşturan  elemanların  bilinmesi  büyük  öneme  sahiptir  ve  bu 
konularda  teknik  çalışmaların  artarak  sürdürülmesine  ihtiyaç  vardır.  Rüzgâr  santralleri  aerodinamik,  meteoroloji, 
mekanik,  elektrik  gibi  birçok  konuyu  içinde  barındıran  disiplinlere  sahiptir.  Bu  çalışmada  dünyadaki  ve  Türkiye’deki 
mevcut  rüzgâr  santrallerinin  toplam  kurulu  güçleri,  teknolojik  yapısı  verilmiş  ve bu  konuda yapılacak  ileri  çalışmalara 
ışık tutması hedeflenmiştir. 
Bu  çalışmanın  son  bölümünde  rüzgâr  santrallerinde  kullanılan  elemanlar  tanıtılmıştır.  Rüzgâr  türbinleri  dönme 
hızlarına  bağlı  olarak  sınıflandırılabilir.  Rüzgâr  santralinin  kurulacağı  bölgenin  rüzgâr  özelliklerinin  bilinmesi,  rüzgâr 
türbin  jeneratörünün  tipini  belirleyen  en  önemli  etkendir.  Seçilecek  olan  jeneratör;  farklı  rüzgâr  değişimlerinden 
minimum etkilenip, maksimum verimle çalışabilmelidir. Çalışmanın bu bölümünde çağdaş rüzgâr türbini kavramına göre, 
rüzgâr  türbinlerinin  temel  tanımları  ve  rüzgâr  jeneratörlerinin  sınıflandırması  yapılmıştır.  Ayrıca  rüzgâr  türbini 
tarafından üretilen üç fazlı elektrik enerjinin, şebeke için gerekli olan tek fazlı uygun yapıya çevrilmesi için gerekli olan 
çeviricilerin (Inverter) sınıflandırılması da verilmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Rüzgâr enerjisi,  rüzgâr türbini, elektriksel dönüşüm sistemleri, hava jeneratörü. 
ABSTRACT 
Without doubt wind power has become a pillar of the energy systems in many countries and is recognized as 
a  reliable  and  affordable  source  of  electricity.  Wind  energy  has  increased  importance  with  the  non-polluting  and 
renewable properties. The contribution of wind power to the energy supply has reached a substantial share even on 
the global level; the worldwide electricity supply equaling around 3 % of the global electricity demands. In the year 
2011,  the  worldwide  wind  capacity  reached  237.016  MW  and  by  the  end  of  year  2020,  the  expectation  of  the 
worldwide capacity is at least 1.000.000 MW. 
Knowledge  of  the  elements  that  constitute  the  structure  and  technology  of  wind  power  plants  has  great 
importance, and increased technical studies on these issues has still need to be performed. Wind power plants have 
different fields of science such as aerodynamics, meteorology, mechanical and electricity so its interdisciplinary way 
of  production.  In  this  study,  Turkey‘s  and  worldwide  total  installed  capacity  and  the  technological  properties  of 
wind turbines in Turkey are given.  
In the last section of this study, the components of wind power plants (included wind turbines) are explained. 
Referring to the rotation speed, wind turbine concepts can be classified. It‘s important to determine the properties of 
the  wind  where  the  wind  turbine  will  be  placed  for  the  selection  of  wind  turbine  generator. The  chosen  generator 
should be affected by the minimum from the changes of wind speed and should work with maximum productivity. 
In  this  section,  according  to  contemporary  wind  turbine  concepts,  the  basic  configurations  and  characteristics  of 
different  wind generator systems are described. The classifications of Inverters  which are used to invert the three-
phase energy produced by the wind turbine and convert it to single-phase energy suitable for the regular electrical 
grid, are also given. 
Keywords: Wind energy, wind turbine, electrical converting systems, aero-generator. 
1.
 
GĠRĠġ 
Rüzgâr enerjisi temiz, çevreyi kirletmeyen bir enerjidir. Rüzgâr enerjisinde ham madde ve ulaştırma masrafı 
yoktur. Doğadaki rüzgâr kullanılarak üretilmektedir. Rüzgâr türbinleri karmaşık makineler değildir. Gayet basit bir 
şekilde  operatöre  ihtiyaç  duyulmadan  çalıştırılabilmektedirler.  Tamamen  otomatik  olarak  çalışabilecek  şekilde 
tasarlanmışlardır. Ayrıca bu şekilde sadece periyodik bakımlarının yapılması ile 20-30 yıla yakın çalışabilirler. 
Rüzgâr Türbinleri Atmosfere zehirli gazlar vermez. Atmosfere veya yakındaki nehir ve denizlere ısı ve gaz 
emisyonları yoktur. Isı emisyonu yoktur. Küçük alanlara kurulabilir. CO, CO
2
  emisyonları  ve  dolayısıyla  çevresel 
zararı  yoktur.  Güvenlidir.  Yerel  ve  bağımsızdır.  Sonlu  fosil  kaynaklarına  bağımlılığı  azaltır.  Dolayısıyla  tehlikeli 
değildirler. 
Rüzgâr türbinleri  modüler olup her hangi bir büyüklükte  imal  edilebilmektedir. İstenildiğinde  kısa  bir süre 
içinde sökülüp başka bir yere sorunsuz olarak parçalar halinde taşınabilir. Ayrıca tek olarak ya da gruplar halinde 
kullanılabilirler. Ömrünü tamamlamış rüzgâr türbinlerinin söküm maliyetleri de yoktur. Çünkü sökülen türbinlerin 
hurda  değeri  söküm  maliyetlerini  kolayca  karşılamaktadır.  Bu  santrallerin  ömürlerini  tamamlamasından  sonra 
türbinlerin kullanıldığı alan eski haline kolayca getirilebilmektedir. 
Sonlu  fosil  kaynakların  kullanımın  azaltıp  ve  bugünkü  enerji  üretim  kaynaklarına  destek  olur.  Rüzgâr 
çiftlikleri, termik, hidrolik vb. santrallerle, ekonomik açıdan rekabet edecek düzeye gelmiştir. Rüzgâr türbinlerinin 

223 
 
kuruluşu  sırasında  harcanan  enerjinin  3  ay  gibi  kısa  bir  sürede  üretilebilmesi,  özellikle  bizim  gibi  kısa  dönemde 
enerji talebi olan ülkeler için önemli bir faktördür [1]. 
Rüzgâr  enerjisi  üretimi  temel  prensip  olarak  hidroelektrik  santrallerinde  elektrik  üretilmesi  mantığıyla 
aynıdır.  Rüzgâr  enerjisi  üretimindeki  en  temel  fark  suyun  akışkanlığının  değil  havanın  akışkanlığının 
kullanılmasıdır.  Ayrıca  sudan  farklı  olarak  hava  daha  hızlı  hareket  eder,  aynı  zamanda  bulunduğu  yeri  daha  hızlı 
doldurur. Rüzgâr enerjisi üretiminde bu prensip sayesinde kinetik enerji dönüşümü daha hızlı olur. Aynı zamanda 
çevreyi kirletecek artık bırakmadığı için rüzgâr enerjisi çevre dostudur. 
2.
 
RÜZGÂR ENERJĠSĠ KULLANIMININ AVANTAJLARI 
Yenilenebilir  Enerji  Olması:  Güneş  dünyamızı  aydınlattığı  sürece  rüzgâr  da  esmeye  devam  edecektir. 
Rüzgâr  enerjisi  kesintili  bir  kaynak  olmasına  rağmen  sürekli  ve  yenilenebilir  nitelikli  olması  rüzgâr  enerjisinden 
yararlanmayı gerektirmektedir. 
Rüzgâr Enerjisinin Tükenmez Olması: Rüzgâr oluşmasındaki temel süreç, yeryüzündeki basınç farklarıdır. 
Basınç farkı ise farklı bölgelerin değişik oranda güneş almalarıyla ilişkilidir. Güneş tarafından ısıtılan dünyamızda 
rüzgâr esmeye devam edeceğinden tükenmesi de mümkün değildir. 
Yatırım  ve  ĠĢletme  Maliyetlerinin  DüĢük  Olması:  Rüzgâr  türbinlerinin  ilk  yatırım  masrafları 
karşılandıktan sonra, enerji üretimi için gerekli olan hammaddeye herhangi bir bedel ödenmemesi ve enerji üretim 
maliyetlerinin sadece bakım masraflarından kaynaklanması bu sistemlerin üstünlüğü olarak kabul edilebilir. 
Çevre Dostu Olması: 750kw gücünde bir rüzgâr türbininin yılda ürettiği enerji miktarına eşit enerji üreten 
bir termik santralin atmosfere, 179 ton CO2 bıraktığı bilinmektedir. Rüzgâr enerjisinde CO2 salınımı yoktur. Rüzgâr 
enerjisi sera etkisine karşı alınabilecek en etkili yöntemlerden biridir. 
Kısa Sürede Yararlanmaya BaĢlanması: Bir rüzgâr enerji santrali 1,5-2 senede işletmeye alınabilmektedir. 
Kaynak ne olursa olsun daha kısa sürede elektrik üretimi gerçekleştirebilecek başka uygulama bulunmamaktadır. 
Diğer  Kullanımlara  Açık  Olması:  Arazinin  tarıma  uygun  olması  durumunda  tarım  ve  hayvancılık 
faaliyetlerinin sürdürülmesinde hiçbir engel bulunmamaktadır. 
Yerli  Olması  Nedeniyle  Siyasi  ve  Ekonomik  Krizlerden  Etkilenmemesi:  Rüzgâr  enerjisi  üretimi  yerel 
kaynaklardan sağlandığı için krizlerden etkilenmemektedir. 
Söküm  Maliyetleri:  Rüzgâr  santrali  ekonomik  ömrünü  tamamladığında,  yerinden  sökülerek  bu  alanda 
eskiden olduğu gibi yararlanılabilmektedir[2]. 
3.
 
DÜNYADA VE TÜRKĠYE’DE RÜZGÂR ENERJĠSĠNĠN KULLANIMI 
3.1.
 
Dünyada rüzgâr enerjisi 
Günümüzde birçok ülkede tartışmasız bir şekilde rüzgâr enerjisi, enerji kaynakları içerisinde yadsınamaz bir 
büyüklüğe erişmiştir. Dünya rüzgâr enerjisi kapasitesi 2009 yılında 159.762 MW iken, 2010 yılında 196.986 MW ve 
2011 yılında ise bir önceki yıla göre %16‘lik bir artışla 237.016 MW olarak gerçekleşmiştir (Şekil 3). 
Küresel düzeyde rüzgâr enerjisinin toplam enerji içindeki payı; 2011 yılındaki 500 Terrawattsaat‘lik payı ile toplam 
dünya elektrik ihtiyacının %3‘ne erişmiştir [3] . 
2011  yılında  dünyada  toplam  96  ülke  elektrik  üretimi  için  rüzgâr  enerjisini  kullanmıştır.  Bunlardan  50  ülke  (bir 
önceki yılın tamamından fazla sayıda) yeni rüzgâr türbinleri kurmuştur. Bu toplam gücün büyük oranına sahip en 
büyük 10 ülke Şekil 5‘te görülmektedir. 
Rüzgâr  sektörünün  dünya  çağındaki  bütçesi  2010  yılındaki  40  milyar  EURO  (55  milyar  USD)  ‗ye  karşılık,  2011 
yılında 50 milyar EURO (65 milyar USD)‘a erişmiştir.  
 
 
Şekil 3. Dünya rüzgâr enerjisi toplam kurulu gücü (MW) 
[4] 
Şekil 5. Toplam rüzgâr enerjisi kurulu gücüne göre en 
büyük 10 ülke [MW] 
 
Mevcut  büyüme  oranları  dikkate  alınarak  Dünya  Rüzgâr  Enerjisi  Birliği  tarafından  2020‘ye  kadar 
öngörülen  toplam  kurulu  güç  miktarları  Şekil  6‘da  verilmiştir.  Bu  tahminlere  göre  2015  yılında  500.000  MW 
mümkün  görülmektedir.  2020  yılı  sonuna  kadar  ise  toplam  dünya  toplam  kurulu  gücünün  1.000.000  MW  olması 
beklenmektedir. 

224 
 
 
 
Şekil 6. Gerçekleşen ve tahmin edilen toplam kurulu güç 
1997-2020 (GW)[4] 
Şekil 7. Büyüme oranına göre en büyük 10 ülke (%)- 
200MW‘dan büyük Pazar 

жүктеу/скачать 5,62 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: