'``RÜZGAR ENERJİSİ'``
Rüzgar Enerjisi nasıl bir yerden gelir?
Tüm yenilebilir enerji (gelgit ve jeotermal güç hariç) hatta fosil yakıt enerjisi nihayette güneşten kaynaklanır. Güneş yeryüzüne saatte 100.000.000.000.000 kW enerji gönderir. Başka deyişle yeryüzü, 10 üzeri 18 watt kadar güç kazanır.
Güneşten gelen enerjinin %1-2`si rüzgar enerjisine dönüşür. Bu, yeryüzündeki tüm bitkilerin biyolojik kütleye dönüştürdüğü enerjinin 50 - 100 katıdır.
Sıcaklık farkları hava akımını oluşturur.
0 derece enlemindeki ekvator civarındaki bölgeler, güneş tarafından dünyanın diğer bölgelerine göre daha fazla ısınır. Bu sıcak bölgeler, enfraruj fotoğraflarda sıcak renklerle, kırmızı, turuncu ve deniz yüzeyinde sarı görünür.
Sıcak hava soğuk havadan hafiftir ve yaklaşık 10km`ye ulaşıncaya kadar gökyüzüne yükselir. Kuzey ve Güney Kutbuna ulaşır aşağı çöker ve ekvatora geri döner.
Coriolis Kuvveti
Dünya döndüğü için kuzey yarıküre üzerindeki her hareket, kendi konumumuza göre sağa doğru (güney yarıküre için sola) yönelir. Bu belirgin bükücü kuvvet Coriolis Kuvveti (Coriolis Force) olarak bilinir. Bu kuvveti keşfeden Fransız Matematikçi Gustave Gaspard Coriolis`in ismiyle anılmaktadır (1792 - 1843).
Kuzey yarıküre üzerinde hareket edenbir parçacığın sağa doğru döneceği pek açık görünmeyebilir. Bu olayı şöyle canlandırabiliriz:
Uç kısmı güneye doğru hareket eden bir koni düşünün ve dünyanın döndüğü gerçeğini de eklersek, koninin sanki sağa doğru kaydığını görürüz.
Coriolis Kuvveti gözle görülebilir bir olaydır. Tren yolu hatlarının bir tarafı diğerinden daha hızlı aşınır. Nehir yataklarının bir tarafı diğerinden daha derine iner (hangi taraf olduğu bulunduğumuz yarıküreye bağlıdır ve kuzey yarıkürede hareket eden bir parçacıklar sağa yönelir).
Kuzey yarıkürede rüzgar, bir alçak basınç alanına yaklaştıkça saat yönüne ters yön alır. Güney yarıkürede ise rüzgar, alçak basınç alanları etrafında saat yönünde döner.
Rüzgarın Gücü
Rüzgar hızı, bir rüzgar türbininin elektriğe çevirebileceği enerji miktarı açısından önemlidir. Rüzgarın enerji içeriği, ortalama rüzgar hızının küpü oranında değişir. Yani rüzgar hızı 2 katına çıkarsa, 8 kat enerji içerir.
Öyleyse, rüzgarın enerji içeriği rüzgar hızının kübü oranında değişir. Günlük yaşamdan, bir otomobilin hızı 2 katına çıkarsa frenlemesi ve durdurulması için 4 kat enerji gerektiğini farkedebilirsiniz (Aslında bu Newton`un 2. hareket yasasıdır).
Rüzgar türbini örneğinde, rüzgarın hızını 2 katına çıkarırsak her saniye pervaneden geçen dilim sayısını da 2 kat artar ve bu dilimlerin her biri otomobilin frenlemesi örneğinden anlaşıldığı gibi 4 kat enerji içerir.
Neden Rüzgar Enerjisi
Rüzgar enerjisi günümüzde, 21. yüzyılda ve onların ötesinde ençok gelecek vadeden teknolojilerden bir tanesidir. Burada rüzgar enerjisi üzerinde en çok sorulan sorular hakkında bazı kısa cevaplar bulacaksınız:
Rüzgar Enerjisi Temizdir
Rüzgar türbinlerinden herhangi bir çevre kirliliği olmaz. Modern bir 600 kW gücündeki rüzgar türbini ortalama bir yerde, bir yılda genellikle kömürle iletilen diğer elektrik santrallarının 1.200 ton karbondioksidinin yerine geçecektir.
20 yıllık bir işletme süresi içinde (ortalama bir yerde) bir rüzgar türbini tarafından üretilen enerji imalatı, bakımı, faaliyeti, demontajı ve parçalanması için gerekli olan enerjinin sekiz misli fazladır.
Başka bir deyişle, genellikle bir rüzgar türbinini imal etmek ve çalıştırmak için gerekli olan enerjiyi geri kazanmak için sadece iki yada üç ay yeterli olacaktır.
Rüzgar Enerjisi Yoğundur
Rüzgardaki enerji gerçekten de sürdürülebilir bir kaynaktır. Rüzgar hiç bitmeyen bir şeydir.
Halihazırda, rüzgar enerjisi Danimarka elektrik tüketiminin yüzde yedisini karşılamakta ve bu rakkamın 2005 yılında yüzde 10 mertebesine yükselmesi beklenmektedir.
Avrupayı çevreleyen sığ denizlerin üzerindeki rüzgar kaynakları, teori olarak Avrupa`nın kullandığı tüm elektriği birçok misli ile karşılar niteliktedir.
Rüzgar Enerjisi Farklıdır
Rüzgar türbinleri boyutlar ve üretim kapasiteleri açısından çok büyümüşlerdir.
1980`lerden kalma tipik bir Danimarka malı rüzgar türbini, 26 kW gücünde bir generatöre ve 10,5 metrelik bir pervane çapına sahiptir. Modern bir rüzgar türbini 43 metrelik bir pervane çapına ve 600 kW gücünde bir generatöre ulaşmaktadır. Yılda 1 ile 2 milyon kW/saat enerji üretmektedir. Bu da Avrupa`da 300 ile 500 konutun yıllık elektrik tüketimine eşit bulunmaktadır. Son nesil rüzgar türbinlerinin 1.000 - 1.500 kW generatörü ve 50 - 60 metrelik pervane çapı bulunmaktadır. Galler`in Carno bölgesinde bulunan, Avrupa`nın geniş rüzgar türbini parkı, 20.000 konutun ihtiyacına eşit bir enerji üretmektedir.
Avrupa`da 1997 itibariyle, 3.000 MW`dan fazla rüzgar enerjisi, beş milyon kadar kişinin elektrik ihtiyacını karşılayacak şekilde devrede bulunmaktadır. (windpower.dk - Danish Wind Industry Association)
Rüzgar enerjisi, rüzgarı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir.
Rüzgarın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgar gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de rüzgar gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır.
Fosil, nükleer ve diğer yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgardan enerji elde edilmesi sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla rüzgar enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Pervanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıştır.
Dünyadaki durumRüzgar gücü, dünyada kullanımı en çok artan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri haline gelmiştir. Günümüzde dünyadaki kullanım oranının çok düşük olmasına karşılık, 2020 yılında dünya elektrik talebinin %12`sinin rüzgar enerjisinden karşılanması için çalışmalar yapılmaktadır.
Günümüzde rüzgar enerjisinden üretilen toplam güç 40.301 MW civarındadır. Bu güçten en fazla yararlanan ülke % 36,3`lük payıyla Almanya`dır. Almanya toplamda 14.612 MW güç üretmektedir ve Almanya`nın elektrik enerjisi ihtiyacının % 5,6`sını karşılamaktadır. Rüzgar gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallık ve Çin`dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3.756 MW`lık güç üretimi ile % 9,3 paya sahiptirler.
Üstünlükleri``
- Atmosferi kirletici etkiye sahip gazların salınmaması,
- Temiz bir enerji kaynağı olması,
- Kaynağının tükenmemesi (güneş, dünya ve atmosfer olduğu sürece),
- Rüzgar tesislerinin kurulumu ve işletilmesinin diğer tesislere göre daha kolay olması,
- Enerji üretim maliyetlerinin düşük olması,
- Güvenilirliğinin artması,
- Bölgesel olması ve dolayısıyla kişilerin kendi elektriğini üretebilmesi.
Sakıncaları
- Rüzgarın sürekliliği olmadığı için enerji üretim değerinin sabit olmaması,
- Rüzgar türbinlerinin büyük alan kaplaması,
- Gürültü kirliliği oluşturması
- Fosil ve nükleer yakıtlardan elde edilen enerjiye oranla enerji üretiminin düşük olması,
- Yatırım maliyetlerinin yüksek olması,
- Kullanım ömrü dolan kompozit parçaların doğada geri dönüştürülmesinin mümkün olmaması.
- Diğer tip enerji üretim tesislerine göre daha fazla dinamik parça barındırması, dolayısıyla işletme risklerinin daha fazla olması
Rüzgar türbinleriRüzgar türbinleri, rüzgardaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bir rüzgar türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur. Rüzgarın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Pervane milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.
Kullanımdaki rüzgar türbinleri boyut ve tip olarak çeşitlilik gösterse de, genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgar türbinleri dönme eksenine göre “Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri” (YERT) ve "Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.
Rüzgar Türbini İç Yapısı
1. Makina Yeri (Nacelle)
Makina yeri, rüzgar türbininin dişli kutusu ve elektrik generatörü dahil kilit parçalarını içerir. Servis personeli, makina yerine türbin kulesinden girebilir. Makina yeri solunda, rüzgar türbini pervanesi yani pervane kanatları ve göbek bulunur.
2. Pervane Kanatları (Rotor Blades)
Pervane kanatları, rüzgarı yakalar ve rüzgarın gücünü pervane göbeğine aktarır. Modern bir 600 kW rüzgar türbininde her pervane kanadının uzunluğu 20 metre kadardır ve bir uçak kanadı gibi tasarlanır.
3. Göbek (Hub)
Pervane göbeği, rüzgar türbininin düşük hız miline bağlıdır.
4. Düşük Hız Mili (Low Speed Shaft)
Rüzgar türbininin düşük hız mili, pervane göbeğini dişli kutusuna bağlar. Modern bir 600 kW rüzgar türbininde dişli nispeten yavaş, dakikada 19 - 30 devir hızı ile döner. Bu mil aerodinamik frenlerin çalışması için hidrolik sisteme ait borular içerir.
5. Dişli Kutusu (Gearbox)
Dişli kutusunda, solda düşük hız mili bulunur. Sağdaki yüksek hız milinin, düşük hız milinden 50 kat hızlı dönmesini sağlar.
6. Mekanik Frenli Yüksek Hız Mili (High Speed Shaft with its mechanical brake)
Mekanik frenli yüksek hız mili, dakikada yaklaşık 1500 devir hız ile döner ve elektrik generatörünü çalıştırır. Bir acil durum mekanik freni vardır. Mekanik fren, aerodinamik frenlerin çalışmaması durumunda veya türbin bakımdayken kullanılır.
7. Elektrik Generatörü (Electrical Generator)
Elektrik generatörü, genelde bir senkron generatörü veya asenkron generatördür. Modern bir rüzgar türbinininde azami elektrik gücü genelde 500 - 1500 kW arasındadır.
8. Elektronik Kontrol Ünitesi (Electronic Controller)
Elektronik kontrol ünitesi, rüzgar türbininin durumunu sürekli izleyen ve eğim mekanizmasını kontrol eden bir bilgisayar içerir. Bir arız halinde (örneğin, dişli kutusu veya generatörün fazla ısınması) rüzgar türbinini otomatik olarak durdurur ve telefon modem hattı vasıtasıyla türbin operatörünü bilgisayarına uyarı verir.
9. Hidrolik Sistem (Hydraulics System)
Hidrolik sistem, rüzgar türbininin aerodinamik frenlerini içerir.
10. Soğutma Ünitesi (Cooling Unit)
Soğutma ünitesi, elektrik generatörünü soğutmak için kullanılan bir soğutma ünitesi içerir. Ayrıca dişli kutusundaki yağı soğutmak için kullanılan bir soğutma ünitesi içerir.
11. Kule (Tower)
Rüzgar türbininin kulesi, makina yerini ve pervaneyi taşır. Genelde kulenin yüksek olması bir avantajdır, zira zeminden uzaklaştıkça rüzgar hızları artar. Modern bir tipik 600 kW rüzgar türbininde 40 - 60 metrelik bir kule bulunur.
Kuleler, dairesel veya kafes biçiminde olabilir. Dairesel kuleler türbinin tepesine ulaşmak için bir iç merdiven olabildiğinden personelin türbinlere bakması için daha güvenlidir. Kafes kulelerin avantajı başlıca daha ucuz olmasıdır.
12. Eğim Mekanizması (Yaw Mechanism)
Eğim mekanizması, pervane ile birlikte makina yerini rüzgara karşı döndürmek üzere elektrik motorlarından yararlanılır.
Eğim mekanizması, yelkovanı kullanarak rüzgar yönünü algılayan elektronik kontrol ünitesi tarafından çalıştırılır. Rüzgar, yön değiştirdiğinde normalde türbin bir defada sadece birkaç derece eğilir.
13. Anemometre ve Yelkovan (Anemometer and Wind Wane)
Anemometre (Rüzgar ölçer) ve yelkovan, rüzgar hızı ve yönünü ölçmek için kullanılır.
Anemometreden gelen elektronik sinyaller, rüzgar türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından rüzgar hızı yaklaşık 5 m/s`ye yaklaştığında rüzgar türbinini çalıştırmak için kullanılır. Bilgisayar, türbini ve çevresini korumak için rüzgar hızı 25 m/s`yi aştığında türbini otomatik olarak durdurur.
Yelkovan, sinyalleri rüzgar türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından rüzgar türbinini rüzgara karşı döndürmek üzere kullanılır.
Ayrıca Bakınız
Dış bağlantılar
- Elektrik İşleri Etüt İdaresi
- Türk Coğrafya Kurumu
- Türkiye Rüzgar Enerjisi Birliği
- World Wind Energy Association
- English & German information about wind technology
- American Wind Energy Association
- European Wind Energy Association
- British Wind Energy Association
- Canadian Wind Energy Association
- Danish Wind Industry Association