Ülkemizde gittikçe yaşlanan rüzgâr türbini, yapı envanterinde yılların getirdiği yorulma ve inşaat kaynaklı hataların kendini daha da belli etmesi gibi sebeplerle kimi türbin yapılarında zamanla yapısal problemler ortaya çıkmakta, işetmeyi engellemekte ve hatta bazen iş güvenliği problemleri doğurmaktadır.
Bu yazımızda sürekli olarak dinamik yükler altında ki bir türbin yapısının yapısal sistemi hakkında genel bilgiler vermektedir.
Hem ülkemizde hem de yurtdışında sıkça rastlanan temel problemleri içinde teşhis ve çözüm önerileri de genel hatları ile anlatılmaktadır. Yazımızda ayrıca ülkemizde başarı ile uygulanan bir temel- kule birleşim güçlendirme projesine de değinilmektedir.
Rüzgâr türbinleri esasen basit taşıyıcı sistemlere sahip yapılardır. Bu yapılarda taşıyıcı sistemi ve bunun dinamik özelliklerini belirleyen birkaç önemli birleşen vardır. Bunlar; temel, kule yapısı ve nasel seviyesinde toplanmış kütledir. Rüzgâr türbini taşıyıcı sistemi boyunca kütle ve rijitliğin dağılımı değişkendir. Bu durum, taşıyıcı sistemin kendisi basit bile olsa, dinamik davranışı karmaşık hale getirmektedir.
Sıkça Rastlanan Yapısal Problemler Ve Çözümler Nelerdir?
Rijit bir temelden, narin bir kuleden ve en tepede yığılı bir kütleden oluşan rüzgar türbini yapısal sistemi basit olmanın yanında yük dağılımında da alternatifi olmayan bir taşıyıcı sisteme sahiptir. Yapısal tasarımın en önemli unsurlarından biri de yeniden dağılım denen parametrelerdir. Bir yapıda yeniden dağılım; yapının herhangi bir birleşeninde meydana gelebilecek bir zayıflıkta, diğer bileşenlerin bu zayıflık nedeni ile taşınamayan yükleri taşımaya başlamasıdır. Örneğin betonarme bir binada çoğu zaman bir kolonun veya kirişin kaldırılması, yapıda toptan göçmeye sebebiyet vermez. Ancak benzer durumda rüzgar türbinlerinde davranış çok farklı olur. Zira türbin sistemlerinde yapısal yüklerin yeniden dağılımı söz konusu değildir. Bu yüzden türbin dinamik yüklerinin tam anlamıyla temele aktarılması gerekir. Bu noktada ki en küçük bir zayıflık, tüm sistemin yapısal anlamda problemli hale gelmesine sebep olur.
Farklı yıllarda uygulanmış, farklı üretici firmaların değişik kule-temel birleşim çözümleri bulunmaktadır. Dolayısıyla bu kısımda çıkacak problemlerin tek bir çözümü yoktur. Stabilite veya dayanım problemi olan, çeşitli yapısal anormaliler sergileyen veya yapısal problemi olduğundan şüphe duyulan türbin yapılarında izlenmesi gereken yol, aynen hasta doktor hastane ilişkisinde olduğu gibi yapısal ölçümler içeren çeşitli testlerin yapılmasıdır. Karmaşık dinamik davranış ancak bundan sonra açıklığa kavuşturulabilir.
Türkiye’deki türbinlerde en sık rastlanan yapısal problemler temeller veya temel kule birleşimleri ile ilgilidir. Temellerde betonarme inşaatı, donatı yerleşim ve düzeni, donatı payları, beton kütü gibi konular ön plana çıkarken temel kule birleşimi problemlerinde ise genel olarak temel ile kulenin zamanla birbirinden ayrılması gibi bir problem öne çıkmaktadır.
Temelde ki problemler genelde temel tasarım ve işçiliğinden kaynaklanmaktadır. Özellikle Türkiye’de mesafe ve erişilebilirlik problemlerinden dolayı yeterli kontrolün yapılması hızlı imalat süreçlerinde daha sonra üzeri örtülen ve görülmesi de mümkün olmayan temel problemleri oldukça yaygındır. Teşhisi halinde bu problemler çoğu zaman karbon veya cam elyafı tabanlı donatı vazifesi görecek elemanlar eklenmesi enjeksiyon yapılması, katmanların birbirine entegrasyonu veya beton tamiri gibi operasyonlarla çözülebilir. Bazen de çözüm çok zor ya da imkânsız olabilir.
Kule temel birleşimleri ise kulenin temele bağlantı noktasında ki eğilme rijitliğini azaltmakta, bu birleşim noktasında tam rijit bağlantısı yerine özellikleri ölçme yapmadan bilinemeyen teorik bir dönme redörü (teorik dönel bir yay) oluşturmaktadır. Bu durum ise ya türbinin yükse hızda sağlıklı dönmesini engelleyecek aşın titreşimlere sebep olmakta ya temelde kalkma ve kablo kopmalarına sebebiyet vermekte veya türbin tepesinde aşırı salınımlara sebep olarak yorulma hesaplarında ön görülen titreşim gerilim bandının dışında bir yapısal titreşime sebep olmaktadır. Bu tip kule temel problemleri bazen kendilerine çok ani biçimlerde belli edebilir, bazen de uzun süre tespit edilemezler.
Kule – temel birleşimlerinde yapısal önlem alabilmek için, öncelikle kaybolan eğilime rijitliğinin tesbiti gerekir. Bazen kulede kalıcı eğilme oluşmuş olabilir, o zaman bunun da hesaplara eklenmesi gerekir. Tüm bu durumları doğru bilgisayar simülasyonlarına aktarmanın tek yolu ise, sahada gerçek durumu sensörler ile ölçmektir. Ardından bu rijitliği geri getirecek güçlendirme yapılmalıdır. Bu güçlendirmede ki en temel zorluklar aşağıda ki gibidir.
Çalışmakta olan türbinlerinde minimum kapama yaparak hızlı uygulama
Gövdeye kaynak yapılmadığından kontrollü bir inşaat süreci ile sürtünme tabanlı bir sistem inşası
Türbin mevcut yaşı ve geri kalan çevrim ömrünü dikkate alarak limit rüzgâr hızı belirlenmesi
Tasarım aşamasında tüm bunlar dikkate alındıktan sonra yapılan güçlendirme çalışması, türbin temel kule birleşiminde ard germeli bir bilezik şeklinde uygulanabilir.
Sonuç Ve Değelendirme
Geçtiğimiz yıllarda hızlı yatırım süreçlerinde inşa edilen türbin yapılarının bazılarında çeşitli yapısal problemler ortaya çıkması veya zaten var olan tasarım ve imalat hatalarının kendisini daha da net hissettirmesi normal bir süreçtir. Bu problemler bazen kendini belli etmeden ilerleyip ani olaylara ve işletmenin aksamasına neden de olabilir. Bu tip problemlerin kendini göstermesi veya bu problemlerden şüphe duyulması durumunda işletmecinin izleyeceği yol rüzgâr enerjisinde önemli yol kat etmiş birçok ülkede olduğu gibi, yapısal durum incelemesi yapmaktır
Bu inceleme uygun yollarla yapıldığında aynen hasta-doktor-hastane ilişkisinde olduğu gibi çeşitli testlerle problem tespit edilir. Tedavi ise ancak bundan sonra önerilebilir. Anlık kararlar ile ve el yordamı ile yapılacak müdahaleler bazen işe yarar gibi gözükse de uzun dönemde kalıcı çözüm getirmezler. Bu yazının yazarları tarafından Türkiye’de yapısal sensör izlemesi, tamiri ve güçlendirmesi yapılmış türbinler mevcuttur. Uygun sensörlerle uygun yapısal izleme, tüm bu sürecin en önemli ayağıdır. Ardından temellerdeki betonarme problemleri ve daha ciddi olan tem kule birleşim problemleri için izlenecek yollar hakkında bu yazıda sunulan temel prensipler ışığında veya benzer yöntemler ile uygulamalar yapılabilir yine bu yazıda yazarları tarafından yapılan ve başarı ile uygulanan projelerde, çalışmasından endişe edilen veya ancak düşük hızlarda çalıştırılabilen türbinler güçlendirilerek, normal hasarsız türbinlerle aynı rüzgâr hızında üretim yapmaları sağlanmıştır. Uygun mühendislik yaklaşımları ile bunu sağlamak çoğu zaman mümkün olabilir.
İlk beş yaşının doldurmuş özelliklede 10 yaşına yaklaşmış veya geçmiş türbinlerde düzenli kontrol prosedürlerinin güncellenmesi ve bu kontrollerin arasında yapısal problemleri tespit etmeye yarayacak parametreler ve kontroller eklenmesi. İşletmeci ve yatırımcıları daha sonra oluşabilecek büyük problemlerden kurtarılabilir. Problem olduğu düşünülen türbinlerde ilave sensörler ile ölçümler yapmak da önemli veri sağlar. Problemlerin tespiti ve çözümüne katkı sunar.