Yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi her geçen gün daha da artarken, rüzgar türbinleri bu konuda liderlik eden teknolojilerden biri haline gelmiştir. Bu yazıda, bir rüzgar türbini nasıl çalışır sorusuna cevap bulabileceğiniz gibi, rüzgarın nasıl bir enerji santrali gibi çalışarak, evlerimizi, iş yerlerimizi ve toplumlarımızı aydınlatan temiz, yeşil elektrik enerjisi sağladığını keşfedeceksiniz.
Rüzgar ve Rüzgar Enerjisi
Rüzgar enerjisinin oluşumu, güneş ısısının Dünya’nın yüzeyini eşit olmayan bir şekilde ısıtması sonucu meydana gelir. Bu ısınma farklılıkları, hava kütlelerinin hareketine neden olur ve bu hareket rüzgarları oluşturur.
Rüzgar enerjisi, rüzgar türbinleri kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür. Rüzgar türbinleri genellikle büyük pervanelere sahiptir ve rüzgar bu pervaneleri döndürür. Bu dönen hareket, bir jeneratör tarafından elektrik enerjisine dönüştürülür.
Rüzgar Türbini Nasıl Çalışır?
Rüzgar türbinleri, rüzgar enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılır. İşleyişleri birkaç basit adımdan oluşur:
Rüzgarın türbin kanatlarını döndürmesi: Rüzgar türbinleri genellikle rüzgarın en güçlü olduğu yerlere, örneğin tepelere, sahillerde veya açık denizlere yerleştirilir ki, türbinin kanatlarını döndürsün.
Rüzgarın hızının kinetic enerjiye dönüşmesi: Kanatların dönmesi, rüzgarın kinetik enerjisini (hareket enerjisi) mekanik enerjiye dönüştürür. Bu dönüşüm, rüzgar türbininin rotoru tarafından gerçekleştirilir.
Mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi: Rotorun mili bir dişli kutusu aracılığıyla jeneratörü (alternatör) döndürür. Bu jeneratör sayesinde mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Dönüştürülen elektrik enerjisi ise, elektrik şebekesine dağıtılmak üzere bir transformatör tarafından uygun bir voltaja yükseltilir.
Enerji üretiminin optimize edilmesi: Rüzgar türbinleri genellikle rüzgarın yönünü ve hızını takip edecek şekilde tasarlanmıştır. Bir ‘anemometre’ rüzgar hızını ölçer ve bir ‘rüzgar gülü’ rüzgarın yönünü belirler. Bu bilgiler, rüzgar türbininin yönünü ve kanatların açısını ayarlayarak enerji üretimini optimize etmek için kullanılır.
Güvenlik özellikleri: Rüzgar çok güçlü olduğunda veya türbin bakıma ihtiyaç duyduğunda, türbinin kendini otomatik olarak kapatması için tasarlanmış bir dizi güvenlik özelliği bulunur.
Rüzgar Türbini Bileşenleri
Rüzgar türbinleri, bir dizi bileşenden oluşur ve her biri türbinin genel işlevine katkıda bulunmaktadır. Genel hatlarıyla rüzgar türbininin temel bileşenleri olarak aşağıdakiler verilebilir:
Rüzgar türbini rüzgardaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren bir sistemdir. Bir rüzgar türbini genel hatlarıyla aşağıdaki araçlardan oluşur.
Rotor kanatları: Rüzgar türbinlerinin en belirgin özelliği genellikle üç adet olan bu büyük bıçaklardır. Bıçaklar, rüzgar enerjisini yakalar ve bu enerjiyi türbin milini döndürmek için kullanır.
Rotor (Hub): Rüzgar türbinlerinde, pervane kanatları ve göbek arasında kalan kısımdır. Rotor veya hub olarak adlandırılan merkezi bir noktada birleşir. Burası aynı zamanda türbinin dönme eksenidir.
Mil (Shaft): Mil, bıçakların döndürdüğü genellikle çelikten yapılmış uzun bir çubuktur. Mil, mekanik enerjiyi türbinin iç kısmına taşır.
Yüksek hız mili: Rüzgar türbinindeki jeneratörle bağlantıyı sağlar.
Düşük hız mili: 1 dakikada 30-60 arası dönüş yapacak şekilde düşük hızların oluşturulmasını sağlar.
Dişli kutusu (Gearbox): Dişli kutusu, milin dönme hızını artırır. Bu, genellikle elektrik jeneratörünün daha yüksek hızlarda dönmesini gerektirdiği için önemlidir.
Jeneratör: Milin dönme enerjisi, dişli kutusu aracılığıyla jeneratöre aktarılır. Jeneratör sayesinde mekanik enerjisi elektrik enerjisine dönüştürür.
Anemometre: Rüzgar hızını ölçmek için kullanılır. Bu bilgi, türbinin rüzgar hızına göre ne kadar hızlı döndüğünü kontrol etmek için kullanılır.
Rüzgar gülü (Wind Vane): Rüzgarın yönünü ölçer ve türbinin rüzgarın doğru yönüne doğru döndüğünden emin olur.
Yaw mekanizması: Türbin kulesini rüzgarın yönüne doğru döndürür. Bu, türbinin her zaman rüzgarın en güçlü olduğu yöne doğru hizalanmasını sağlar.
Kontrol sistemi: Türbinin doğru çalıştığını kontrol eder ve herhangi bir bakım veya tamir ihtiyacını belirler.
Kule: Tüm bu bileşenlerin üzerinde durduğu yüksek yapıdır. Kule, rüzgar türbinini rüzgarın daha güçlü ve daha tutarlı olduğu daha yüksek seviyelere çıkarır.
Elektrikli sistemler: Bunlar, jeneratörden gelen elektriği doğru voltaja dönüştüren ve şebekeye veya depolama sistemine dağıtan transformatörleri ve diğer bileşenleri içerir.
Frenler: Frenler, özellikle güçlü rüzgarlarda veya bakım sırasında türbinin dönmesini durdurmak için kullanılır.
Soğutma sistemi: Jeneratör ve diğer mekanik bileşenler sıcaklık yükseldikçe ısınabilir. Bu nedenle, bir soğutma sistemi genellikle bu bileşenlerin aşırı ısınmasını önlemek için kullanılır.
Aydınlatma: Türbinin en üstünde genellikle hava trafiği için uyarı ışığı bulunur.
Merdiveni veya asansör: Büyük türbinlerde, bakım işçilerinin türbinin içindeki diğer bileşenlere erişmesini sağlamak için bir merdiven veya asansör bulunur.
Bu bileşenler, bir rüzgar türbininin genel işleyişini ve rüzgar enerjisinin elektrik enerjisine nasıl dönüştürüldüğünü anlamak için kritiktir. Her biri, rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürme sürecinde önemli bir rol oynar.
Rüzgar Türbininde Cut Out Hızı
Rüzgar türbinlerinde gözlemlenen bazı durumlar vardır. Bütün rüzgar türbinleri, elektrik enerjisi üretimine ancak belirli bir rüzgar hızına ulaştıktan sonra başlayabilmektedir. Yani cut-in ve cut-out rüzgar hızları arasında bir elektrik üretimini gerçekleşmektedir.
Sistemden elde edilen gücün en büyük değere ulaştığı güce nominal güç ve bu güce oluşturan rüzgar hızına nominal hız denilmektedir.
Yeni nesil rüzgar türbinlerinin cut-in, yani devreye girme hızları 2-4 m/s, nominal, yani en yüksek hızları 10-15 m/s olurken cut out, yani devreden çıkma hızları ise 25-35 m/s arasında olur.
Türbinin zarar görmemesi için belirli bir rüzgar hızından sonra rüzgar türbinlerinin durdurulması otomatik olarak sağlanır. Bu durdurlması gereken en yüksek hıza, cut-out hızı denir.
Rüzgar Türbini Verimliliği
Rüzgar enerjisi doğal bir enerji yöntemi olmakla birlikte bazı durumlar da görülmektedir. Günümüz teknolojisi ile üretilmiş olsalar da rüzgar türbinlerinde havadaki kinetik enerjisinin tamamını elektrik enerjisine çevirmesi mümkün değildir. Betz Limiti olarak adlandırılan bu değer ile havanın kinetik enerjisinden maksimum % 59,3 oranında bir elektrik enerjisine dönüşmektedir.
Konuyla alakalı bilgilendirici bir video ile bitirip keyifli öğrenmeler diliyorum.