Халықаралық Ғылыми-тәжірибелік конференцияның ЕҢбектері

225 
 
oradan  da  jeneratöre  aktarılır.    Jeneratörler,    rotorun  mekanik  gücünü  elektrik  gücüne  çevirerek  şebekeye  aktarır 
(Şekil 9-10-11). Asenkron jeneratörler rüzgâr türbinlerinde en fazla kullanılan jeneratör tipidir[6]. 
 
Şekil 9. Bir rüzgâr türbininde elektro-mekanik bağlantının blok gösterimi 
 
 
Şekil 10. Rüzgâr türbinin yapısı 
Şekil 11. Rüzgâr türbinin detaylı içyapısı 
 
4.3.
 
Rüzgâr Enerjisi DönüĢüm Sistemlerinin Sınıflandırılması 
Rüzgâr  enerjisi  dönüşüm  sistemleri,  türbin  hızı  ve  üretilen  gerilimin  frekansı  esas  alındığında,  çalışma 
prensibine göre üç gruba ayrılabilir.  
a)   Sabit hız, sabit frekans dönüşüm sistemleri,  
b)   Değişken hız, sabit frekans dönüşüm sistemleri,  
c)   Değişken hız, değişken frekans dönüşüm sistemleri.  
Sabit hızlı sistemlerde, sadece rotor hızının küçük değişikliklerine müsaade edilir. Bu sistemin yapı ve performansı 
saptırma  mekanizmasının  mekaniksel  karakteristiğine  bağlıdır.  Ayrıca  türbülans  ve  kule  şekli,  güçteki  değişimler 
olarak görülen dalgalanma yüklerini hızlı bir şekilde etkiler. Bu değ iş imler,  şebekeye bağlı rüzgâr türbinleri için 
istenmeyen bir özelliktir. Güçteki bu değişimler, rüzgâr türbininin ömrünü kısaltan mekaniksel baskılara neden olur 
ve  güç  kalitesini  azaltır.  Bu  nedenle  rüzgâr  türbinleri  çoğunlukla  optimum  performansında  çalıştırılamazlar  ve 
genellikle rüzgârdan maksimum güç elde edilemez [7].  
Sabit hızlı sistemlere alternatif olan değişken hızlı sistemlerde ise, rotor hızı kontrol edilmeye uygundur. Bu özellik, 
rüzgâr türbin sisteminin sürekli olarak optimum hız oranına yakın çalışmasına imkan sağlamaktadır. Değişken hızlı 
sistemlerin, sabit hızlı sistemlere göre bazı önemli avantajları aşağıda verilmiştir:  
 
Türbin hızı, çıkış gücünü en üst düzeye çıkarmak için rüzgâr hızının bir fonksiyonu olarak ayarlanabildiği 
için yıllık enerji üretimi artar. Türbin aerodinamiğine ve rüzgâr rejimine bağlı olarak, yıllık enerjiye ortalama %10 
oranında bir katkı sağlanır.  
 
Rüzgâr  ve  mekaniksel  sistemlerden  kaynaklanan  ve  çıkış  gücünde  değişime  sebep  olan  anlık  durumlar 
önemli ölçüde azalır. Türbin, ani ve çok kuvvetli rüzgâra maruz kaldığında, mekaniksel sistemin eylemsizliği rotor 
hızını artırıp artık enerjiyi emerek, elektriksel sistemin şebekeye sabit güç aktarmasına engel olmaz.   
 
Güç kalitesi, güçteki dalgalanmalar azaltılarak iyileştirilebilir. Güçteki dalgalanmaların azalması, gerilimin 
nominal değerinden uzaklaşmasını da önleyecektir. Bu da rüzgâr gücünün şebekedeki etkisini artıracaktır.  
 
Kanat  eğim  açısının  kontrol  zaman  sabiti  daha  yüksek  olabileceğinden,  kanat  eğim  mekanizmasının 
karmaşık kontrol sistemi daha basit bir şekilde yapılabilmektedir.   
 
Akustik gürültü azalacaktır. Yerleş im bölgelerinin yakınlarına kurulan rüzgâr çiftliklerinde gürültü önemli 
bir problem olmaktadır.      
Değişken  hızlı  sistemlerin  dezavantajları  ise;  jeneratör  ve  şebeke  arasındaki  bağlantı  için  gerekli  güç 
konvertörlerinin karmaşıklığı ve maliyetin yüksek olmasıdır. Fakat son yıllarda gerek güç elektroniğinde kaydedilen 
ilerlemeler,  gerekse  yarı  iletken  teknolojisinin  maliyetinin  her  geçen  gün  azalması,  rüzgâr  güç  sistemlerinde  bu 
yapının kullanımını oldukça cazip hale getirmiştir.     
5.
 
RÜZGÂR TÜRBĠNLERĠNDE KULLANILAN JENERATÖRLER 
Rüzgâr  türbinlerinin  yapısında  bulunan  önemli  bir  etken  de  jeneratör  yapısıdır.  Rüzgâr  türbinlerinde  temel 
olarak Asenkron, Senkron ve Doğru Akım Jeneratörlerinden herhangi biri kullanılabilir.  Bunlar; 
1.
 
Asenkron Jeneratör 
a.
 
Sincap kafesli Asenkron Jeneratör (SKAG) 

226 
 
b.
 
Rotoru Sargılı Asenkron Jeneratör (RSAG) 
i.
 
Çift Beslemeli Asenkron Jeneratör (ÇBAG) 
ii.
 
OptiSlip Jeneratör 
2.
 
Senkron Jeneratör 
a.
 
Rotoru Sargılı (Alan Sargılı) Senkron Jeneratör (RSSG) 
b.
 
Sürekli mıknatıslı Senkron Jeneratör (SMSG) 
3.
 
Doğru Akım Jeneratörü 
4.
 
Diğer Tip Jeneratörler 
a.
 
Anahtarlı Relüktans Jeneratör (ARG) 
Asenkron  Jeneratörler  rüzgâr  türbinleri  içerisinde  çok  yaygın  olarak  kullanılan  bir  jeneratör  tipidir. 
Sağlamlık,  mekanik  olarak  basitlik,  büyük  tiplerde  üretilebilmesi,  fiyatının  düşüklüğü  gibi  avantajları  vardır.  En 
büyük  dezavantajı  duran  kısım  statorun,  reaktif  mıknatıslanma  akımına  olan  ihtiyacıdır.  Ani  rüzgâr  artışlarında 
oluşan tork titreşimlerini azaltmada çok iyidir [8 ]. 
Senkron  jeneratörler,  aynı  büyüklükteki  asenkron  jeneratörlere  göre  daha  pahalı  ve  mekanik  olarak  daha 
karmaşıktır. Senkron jeneratör, harici bir yükü besleyen üç fazlı sargıların oluşturduğu bir stator ve manyetik alanı 
oluşturan bir rotordan meydana gelir. Senkron jeneratörler sabit hızlı sistemler için daha uygundur. Bu nedenle sabit 
hıza  bağlı  olarak  sabit  frekansta  çalışırlar.  Rotorun  oluşturduğu  manyetik  alan,  ya  sürekli  mıknatıslardan  ya  da 
sargılardan akan doğru akımdan üretilir. 
Doğru akım jeneratörleri, güvenilirliklerinin düşük olması ve bakım gerektirmesi gibi dezavantajlarına rağmen, hız 
kontrollerinin kolay olması nedeniyle rüzgar enerjisi sektöründe kullanılmaktadır. DAG‘ ler küçük kapasiteli rüzgar 
türbinlerinde, özellikle elektriğin şebekeden bağımsız olarak kullanıldığı yerlerde tercih edilmektedirler [8].  
Bu jeneratör tiplerinden en yaygın kullanılanları ise sincap kafesli asenkron jeneratörler, rotoru sargılı asenkron 
jeneratörler ve senkron jeneratörlerdi [3, 5].  
6.
 
RÜZGÂR TÜRBĠNLERĠNĠN ġEBEKEYE BAĞLANTISI 
Rüzgâr  santrallerinin,  hidrolik  ve  termik  santrallerden  farklı  bir  karakteristiğe  sahip  olması  nedeniyle  rüzgâr 
santrallerinin  şebeke  bağlantısı  sırasında  uyması  gereken  ölçütler  vardır.  Bu  ölçütler  rüzgâr  santrallerinin  arıza 
sonrası sisteme yapması gereken katkısı, aktif güç kontrolü, reaktif güç kontrolü, frekans tepkisi vs. gibi ölçütlerdir 
[7]. 
7.
 
RÜZGÂR SANTRALLERĠNDE GÜÇ KALĠTESĠ VE ġEBEKE ETKĠLEġĠMĠ 
Güç  kalitesi,  mevcut elektrik  şebekesinin frekansının, geriliminin  ve  gerilim dalga  şeklinin belirtilen değerler 
arasında kesintisiz ve sürekli olarak sağlanmasıdır [8].  
Rüzgâr santrallerinin enerjinin kalitesine yönelik yaptığı olumsuz etkilerin başında harmonikler gelmektedir. Çeşitli 
filtreleme  yöntemleri ile  harmonikler yok edilebilir. LC filtreleme  kullanılarak yapılan bir benzetim çalışmasında, 
Rüzgâr  türbininden  elde  edilen  enerji  AA-DA  çeviricisiyle  doğru  gerilime  çevrildikten  sonra  LC  filtreden 
geçirilmekte,  daha  sonra  eviriciyle  yeniden  alternatif  gerilime  dönüştürülmekte  ve  yeniden  bir  LC  filtreden 
geçirilmektedir [9].  
Güç kalitesini sağlamak amacıyla Rüzgâr santrallerinin özellikle arıza ve arıza sonrası sağlaması gereken 
ölçütleri  tam  olarak  yerine  getirmesi  gerekmektedir.  Ayrıca  enerji  kalitesini  bozan  ani  gerilim  ve  frekans 
dalgalanmalarının  meydana  gelmesini  önlemek  amacıyla,  rüzgâr  santrallerinin  toplam  kurulu  gücü  kadar 
konvansiyonel sistemlerden sıcak yedek miktarı olması gerektiği vurgulanmaktadır [10].  
Rüzgâr santrallerinin bağlandığı şebekenin güçlü ya da zayıf olması güç kalitesinde iyileşmeye veya bozulmaya yol 
açmaktadır.  Şebekenin  zayıf  olduğu  ve  transmisyon  hattının  uzun  olduğu  noktalara  bağlanan  Rüzgâr  türbinleri 
sürekli gerilim dalgalanmalarına, harmoniklere sebep olarak güç kalitesini bozmaktadır. Genel olarak her türbindeki 
gerilim, rüzgâr hızlarındaki farklılık, hat empedansları ve rüzgâr türbin grupları arasındaki kompanzasyon nedeniyle 
birbirlerinden bağımsız olarak değişmektedir [9].  
8.
 
SONUÇ 
Rüzgâr  türbinlerinde  kullanılacak  olan  jeneratörün  seçiminde  göz  önüne  alınacak  en  önemli  ölçüt,  rüzgâr 
türbininin yerleşeceği bölgenin rüzgâr özelliğinin belirlenmesidir.  Seçilen jeneratör; farklı rüzgâr değişimlerinden 
minimum  etkilenip,  maksimum  verimle  çalışabilmelidir.  Değişken  hızlı  rüzgârlarda  kullanılan  jeneratör  frekans 
dönüştürücülere  ve  güç  elektroniği  elemanlarına  ihtiyaç  duyar.  Fakat  son  yıllarda  gerek  güç  elektroniğinde 
kaydedilen  ilerlemeler,  gerekse  yarı  iletken  teknolojisinin  maliyetinin  her  geçen  gün  azalması,  rüzgâr  güç 
sistemlerinde bu  yapının  kullanımını oldukça cazip hale  getirmiştir. Her bölgenin rüzgâr hızları farklı olduğu için, 
Kuzey Avrupa Ülkeleri için üretilen rüzgâr türbinleri bizim ülke şartları için uygun değildir. Bu nedenle Türkiye‘nin 
rüzgâr şartlarına uygun Rüzgâr türbin tasarımının geliştirilmesi ve Türkiye‘ye göre üretmesi gerekmektedir[4]. 
Küçük ve orta güçlü rüzgâr güç sistemlerinde hem SKAG, hem de SMSG kullanılır. Büyük güçlü rüzgâr güç 
sistemleri için ise hem ÇBAG, hem de senkron jeneratör tercih edilir. Dalga Genişlik Modülasyon (DGM) tekniği, 
sistemin giriş ve çıkışındaki akım harmoniklerini azaltacağı için, DGM tekniğine göre anahtarlama yapabilen,  sırt 
sırta gerilim kaynaklı dört bölgeli güç konvertörü tercih edilir [11]. Böylece, jeneratör üzerindeki tork titreşimleri 
azalır ve çıkış gücünün kalitesi artar. Ayrıca güç elektroniği teknolojisinde kaydedilecek yeni gelişmeler ile beraber, 
rüzgâr güç sistemlerinin performansını optimize etmek mümkün olacaktır. 
 
 

227 
 
KAYNAKLAR 
1.
 
www.pallasenerji.com (15.09.2012 tarihinde erişildi). 
2.
 
Limitsiz Enerji, Yenilenebilir Enerji Platformu,  http://www.limitsizenerji.com (20.10.2012 tarihinde erişildi) 
3.
 
"GWEC 
Global 
Wind 
Statistics 
2011" 
(pdf). 
Global 
Wind 
Energy 
Commission. 
http://www.gwec.net/fileadmin/images/News/Press/GWEC_Global_Wind_Statistics_2011.pdf.  (15  Mart  2012 
tarihinde erişildi). 
4.
 
Özaktürk, M., ―Rüzgâr  Enerjisinin  Güç  Kalitesi  Açısından  İncelenmesi‖, Sakarya Üniversitesi, Yüksek Lisans 
Tezi, Sakarya, 2007 
5.
 
Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği (TUREB),  TUREK 2012, Türkiye Rüzgar Enerjisi Kongresi,  İstanbul, 7-9 Ekim 
2012. 
6.
 
Nurbay N., Çınar A. ―Rüzgâr   Türbinlerinin  Çeşitleri  ve  Birbiriyle  Karşılaştırılması‖,  III.  Yenilenebilir Enerji 
Kaynakları Sempozyumu ,  MERSİN, 2005 
7.
 
Agabus  H.,  Palu  I.,  ―Wind  Energy  Integration  Impact  on  Power  Quality  in  Estonia‖,  European  Wind  Energy 
Conference & Exhibition, İtalya, 2007 
 
 
ACTIVATION OF FLY ASH-METAKAOLIN PASTE USING LIME 
 
1*
Khatib J. M., 
1
Halliday C., 
1
Negim E.S.M., 
2
Khatib S.M., 
3
Syrmanova K.K. 
 
1
 Faculty of Science and Engineering, University of Wolverhampton, Wolverhampton, WV1 1LY, UK 
2
 College of Engineering, Swansea University, Swansea, UK 
3
M.Auezov South Kazakhstan State University, Tauke-khana avenue, 5-Shymkent, Kazakhstan 
*Corresponding author: j.m.khatib@wlv.ac.uk 
 
ABSTRACT 
The properties of geopolymer paste containing a mixture of fly ash (FA) and metakaolin (MK) activated with lime 
are  investigated.  The  fly  ash  content  ranged  from  80  to  100%  of  FA-MK  mixture.  Lime  (L)  was  added  to  this  and  the 
dosage was 10% by weight. The water to binder ratio was 0.6. The binder consisted of fly ash, metakaolin and lime. For 
comparison purpose, a control paste was also prepared containing cement only with a water to cement ratio of 0.6., while 
the results show that the strength of the geopolymer paste is lower than the paste with cement only, the rate of strength 
development  is  much  higher  after  28  days.  Also  using  metakaolin  contributes  to  the  increase  in  strength.  The  relative 
compressive  strength  increases  at  7  and  28  days  of  curing  compared  with  the  other  curing  ages.  This  increase  is 
associated with a decrease of density during that time. 
Keywords: Fly ash, geopolymer, high LOI fly ash, lime, metakaolin, paste   
 
1.0 INTRODUCTION 
Concern has been raised on the emission of carbon dioxide worldwide. Construction activities play a major 
role  in  this  emission  through  the  consumption  of  large  amounts  of  virgin  resources,  processing  and  production. 
Recently  there  has  been  an  increase  in  the  reduction  of  quantity  of  cement  used  in  construction  and  alternative 
materials have been tried. Geopolymers are some of these materials as a substitute of the Portland cement (Alonso 
and Palomo, 2000). Geopolymer is aluminosilicate  materials activated  with an alkaline  solution (Davidovits 1994, 
Fernandez and Palomo 2003).  
There  has  been  an  increasing  interest  in  the  use  of  metakaolin  as  partial  substitution  to  cement  in  recent 
decade  (Khatib  and  Clay  2003,  Chao  Li  et  al  2010). There  is  little  work  on  the  use  of  metakaolin  in  geopolymer 
based material. Also fly ash with high loss on ignition is normally sent to landfill. Therefore, this paper presents the 
results  on  density,  compressive  strength  and  ultrasonic  pulse  velocity  of  lime  activated  high  LOI  fly  ash  and 
metakaolin.  
2.0 EXPERIMENTAL 
The materials used for this  work consists of fly ash (FA), metakaolin (MK) and lime (L). The fly ash  used 
was 
class F
 with high loss on ignition  (LOI). 
The 
metakaolin (MK) used was produced by calcination of kaolin at 
temperature  of  about  800
o
C.  The  alkaline  activator  used  in  this  investigation  was  lime  Ca(OH)
2
.  Three  different 
paste  mixtures  were  used  in  this  work  in  addition  to  the  pure  Portland  cement  (PC)  paste  control  paste. 
All  the 
geopolymer paste and the control paste had water to binder ratio of 0.6. Further details about the pastes are given in 
Table  1.
  Paste  specimens  were  cast  in  steel  of  dimension  50mmx50mmx50mm.  After  demoulding,  the  specimens 
were  stored  in  a  sealed  container  for  different  curing  times  at  ambient  temperatures.  Testing  for  density, 
compressive strength and ultrasonic pulse velocity (UPV) was conducted at 1 day, 7, 28, and 56 days. 
Table 1: Composition of pastes 
 
 
Binder (B) - % by weight 
 
Paste No. 
Paste Code 
FA
1
 
 
MK
2
 
 
L
3
 
 
C
4
 
W/B 
P1 
100FA0MK10L 
100 
0 
10 
0 
0.6 
P2 
80FA10MK10L 
80 
20 

228 
 
P3 (Control) 
100PC (Control) 
0 
0 
0 
100 
1
 Fly ash   
2
 Metakaolin 
 
3
 Lime 
(% addition by weight of FA+MK)  
4
 Cement       
5
 Water 
 
3.0 RESULTS AND DISCUSSION 
The  change  in  density  of  the  FA/MK/L  pastes  is  plotted  Figure  1.  The  control  paste  is  also  plotted.  The 
density of the control paste (100PC) is higher than the FA/MK/L pastes. What is noticeable about the density is the 
reduction in values at 7 and 28 days of curing compared to the other curing ages. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figure 1: 
Density variation 
with curing time 
 
The  compressive  strength  of  FA/MK/L  pastes  at  different  curing  times  is  shown  in  Figure  2.  There  is  a 
continuous increase in strength with the increase in curing time. The rate of strength increase is higher after 28 days 
of curing as shown in Figure 3 where the relative strength to the 28-day strength is shown for the FA/MK/L paste 
and the control paste. There is a substantial increase in strength beyond 28 days for the FA/MK/L pastes.     
Figure 4 shows the relative strength of 90FA/10MK/10L compared with that of the 100FA/0MK/10L paste. 
The relative strength increases at 7 and 28 days of curing compared with the relative strength at 1 day and 56 days of 
curing. This increase in associated with decrease in density (Figure 1).   
Figure 2: Strength development of the FA/MK/L pastes 
 
s 

229 
 
 
Figure 3: Development of relative strength to the 28days strength 
 
 
Figure 4: Variation in relative strength with time for FA/MK/L pastes 
 
The increase in compressive strength with curing age is in agreement with the finding of Badoginnis (2005), 
Wild et al. (1996) and Khatib and Hibbert (2004). This is however attributed to the possibility of geopolymerisation 
reaction  occurring  at  the  longer  curing  age,  particularly  the  first  7  days  of  curing.  Notably,  it  is  clear  that  the 
compressive  strength  increases  with  decreasing  amount  of  fly  ash  and  increasing  percentage  of  metakaolin.  This 
may  be  due  to  the  poor  reactivity  of  fly  ash  as  reported  by  Li-Jiu  (2005),  and  could  be  improved  by  mechanical 
activation (Kumar et al., 2007). 
Figures 5 plots the ultrasonic pulse velocity (UPV) for the FA/MK/L pastes. Increasing the MK content leads 
to  an  increase  in  UPV.  The  results  observed  is  consistent  with  the  findings  of  Ye  et  al.  (2004),  Demirboga  et 
al.(2004) that the increase in fly ash in a geopolymeric mix reduces  UPV. The highest UPV value recorded from the 
paste containing 10MK (90FA10MK10L).  
 
Figure 5: Ultrasonic pulse velocity (UPV) comparison between the control paste and the other pastes. 
4.0 CONCLUSION 
It  can  be  concluded  from  the  results  reported  in  this  investigation  the  compressive  strength  and  ultrasonic 
pulse  velocity  of  FA/MK/L  pastes  increases  in  the  presence  of  MK  especially  at  later  ages.  As  the  curing  age 
increased  the  compressive  strength  increased  at  a  higher  rate  after  28  days  of  curing.  The  incorporation  of 
metakaolin leads to an increase in relative strength at 7 and 28 days of curing and  this is associated in decrease in 
density. 
ACKNOWLEGEMENT 
The authors would like to thank the Technical staff Mr G cooper and Mr R Bradley in the Faculty of Science 
and Engineering, University of Wolverhampton for their assistance. 
 
References 
1.
 
Ambroise J, Maxmilien S, Pera J.(1994) Properties of metakaolin blended cement,  Journal of  Advanced Cement 
Based Material;1: pp.161–8. 
2.
 
Badogiannis , E., Kakali , G., Dimopoulou , G.,  Chaniotakis ,E., Tsivilis, S.,(2005) Metakaolin as a main cement 
constituent. Exploitation of poor Greek kaolins. Journal of Cement & Concrete Composites, 27, pp. 197–203 

230 
 
3.
 
Batis,  G.,  Pantazopoulou,  P.,  Tsivilis,S.,  &  Badogiannis,  E.(2005)The  effect  of  metakaolin  on  the  corrosion 
behavior of cement mortars.  Journal of Cement and Concrete Composites, 27, pp.125–130. 
4.
 
Chao,  L.,  Henghu,  Sun.,  Longtu,  Li.  (2010  A  review:  The  comparison  between  alkali-activated  slag  (Si+Ca)  and 
metakaolin (Si+Al) cements. Journal of Cement and Concrete Research, 40, pp. 1341–1349. 
 
 
УДК 621.311.245 
 

жүктеу/скачать 5,62 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: