Rüzgar türbini, elektrik oluşturmak için, rüzgar enerjisini kinetik değişime uğratan bir döner mekanik cihaza sahiptir. Bunlar, dikey veya yatay eksenlerde ve farklı boyutlarda mevcuttur. Rüzgar türbini, bir rüzgar enerjisi istasyonunda veya rüzgar parkında önemli bir cihazdır. Bu nedenle, rüzgar parkı projelerinin geliştirilmesi için bu türbinin seçimi, fiziksel boyutlar, nominal güç, mevcut alan, rüzgar potansiyeli vb. gibi farklı parametrelere dayalı olarak yapılabilir. Rüzgar türbinleri, yatay eksenli rüzgar türbini ve dikey eksenli rüzgar türbini olmak üzere iki tipte mevcuttur.
Şu anda en yaygın kullanılan rüzgar türbini, yatay eksenli rüzgar türbinidir. Bu türbinler, rüzgar yönüne konumlanarak bir rotora bağlanan kanat profillerini (aerodinamik kanatlar) kullanır. Yatay eksenli rüzgar türbinleri, sarma sistemi aracılığıyla herhangi bir rüzgar yönünde kullanılabilir. Bu sistem rotorun yüzünü rüzgar yönüne dik gelecek şekilde döndürür. Bu nedenle, rotorun yüzü, rüzgarla en yüksek hızda karşılaşabileceği yöne hareket ettirilebilir. Yatay eksenli rüzgar türbinleri, iki kanat veya üç kanattan oluşurlar ve yüksek hızda çalışırlar. Özetle, yatay eksenli rüzgar türbininin avantajları oldukça fazla olduğu için, rüzgar türbin çeşitleri arasında en çok tercih edilen türdür.
Mevcut yatay eksenli rüzgar türbinleri, her rotor kanadını bir uçak uçarına benzer şekilde döndürmek için aerodinamik kaldırma kuvvetini kullanır. Genel olarak, aerodinamik kaldırma kuvveti, bir kanadın hem üst hem de alt bölümlerinin etrafındaki rüzgarlara maruz kaldıklarında çalışır. Bıçağın üst ve alt yüzleri arasında oluşan basınç farkı, kanadın üst yönünde bir kuvvet oluşturur.
Yatay Eksenli Rüzgar Türbini
Yatay Eksenli Rüzgar Türbin Çeşitleri
Yatay eksenli rüzgar türbini çeşitleri şunlardır:
- Rüzgara Karşı Rüzgar Türbini
- Rüzgar Yönünde Rüzgar Türbini
Rüzgara Karşı Rüzgar Türbini
Rüzgara karşı rüzgar türbininde, rotor kulenin yukarısında düzenlenmiştir. Bu türbinin ana işlevi, kulenin arka tarafında rüzgar gölgesinden kaçınmaktır. Şu anda, bu tasarım çoğu yatay eksenli rüzgar türbininde kullanılmaktadır. Çünkü esnek değildir ve kuleden belirli bir mesafede düzenlenmiştir.
Rüzgar Yönünde Rüzgar Türbini
Rüzgar yönündeki bir türbinde rotor, kulenin aşağı tarafında düzenlenir. Bu türbinde rüzgar önce kuleye sonra da rotorun kanatlarına yönelir. Bu rüzgar türbini, rotorun kulenin rüzgar gölgesinden geçmesi nedeniyle rüzgar gücünde bazı farklılıklarla karşı karşıyadır. Burada rotor, rüzgar gücünde dalgalanmalara neden olan kulenin motor bölümünün arkasındadır.
Yatay Eksenli Rüzgar Türbini Çalışma Prensibi ve Parçaları
Yatay eksenli rüzgar türbini yapımı farklı bileşenlerle yapılabilmektedir. Dolayısıyla yatay eksenli rüzgar türbini parçaları temel, motor bölümü, jeneratör, kule ve rotor kanatlarını içerir.
Yatay eksenli rüzgar türbinleri, kulenin tepesinde düzenlenen rotor mili ve elektrik jeneratörünü içerir. Küçük rüzgar türbinleri basit bir rüzgar gülü kullanırken, daha büyük rüzgar türbinleri bir yardımcı motor aracılığıyla bağlanan rüzgar sensörlerini kullanır. Çoğu rüzgar türbini, kanat dönüşünü yavaştan hızlıya değiştirmek için kullanılan bir dişli kutusu içerir, bu nedenle bir elektrik jeneratörünü çalıştırmak için kullanılır.
Yatay eksenli rüzgar türbini parçaları
- Temel
Herhangi bir rüzgar türbini için, temel, kuleye destek sağlar. Çünkü rüzgar türbini ton olarak farklı parçalar içerir.
- Kule
Pencere türbininin tepesindeki rotor göbeğine ve nasele(gövde) destek vermek için bir kule kullanılır. Bunu yapmak için kullanılan malzemeler beton, çelik boru veya çelik kafestir. Bu türbin tasarlanırken kulenin yüksekliği çok önemlidir çünkü rüzgar hızı yükseklikle birlikte artar. Böylece daha uzun kuleler, bu türbinlerin çok büyük miktarda enerji yakalamasını ve daha fazla elektrik üretmesini sağlar.
Genel olarak, bir rüzgar türbininin çıkış gücü, yüksekliğini artırarak ve ayrıca rüzgar içindeki türbülansı azaltarak artar. Borulu, kafesli, gergili rüzgar, rüzgara karşı eğimli ve serbest duran gibi farklı rüzgar türbini kuleleri mevcuttur.
- Rüzgar Türbininin Kanatları
Bu kanatlar esas olarak rüzgarın kinetik enerjisini (KE) ortadan kaldırmak ve onu mekanik enerjiye dönüştürmek için kullanılır. Bu tip bıçaklar, ahşap-epoksi veya fiberglas takviyeli polyester ile tasarlanmıştır. Bu türbinler, tasarıma bağlı olarak minimum bir ve maksimum çoklu kanat içerir.
Yatay eksenli rüzgar türbinlerinin çoğu, rotor göbeğine bağlı üç kanat içerir. Daha önceki günlerde, çok kanatlı türbinler, su öğütme ve pompalama vb. için tek kanatlı, iki kanatlı ve üç kanatlı olarak kullanılırdı.
- Nacelle
Motor bölmesi, dişli kutusu, frenler, kontrolör, düşük ve yüksek hızlı şaftlar ve jeneratör gibi rüzgar türbinini verimli bir şekilde çalıştırmak için kullanılan farklı bileşenleri içerir. Bir kulenin tepesinde ve nacelle üzerinde bir rüzgar gülü düzenlenmiştir.
- Merkez
Rüzgar türbininin bir şaftını ve rotor kanadını bağlamak için bir rotor göbeği kullanılır. Göbek, bıçak yatakları, cıvatalar, iç parçalar ve bir adım sistemi içerir. Bunlar dökme demir, kaynaklı çelik sac ve dövme çelik ile tasarlanmıştır. Bunlar, menteşesiz göbek ve dönebilen göbek olmak üzere iki tipte mevcuttur.
- Dişli Kutusu
Rüzgar türbinlerinde, rotor kanadından alınan düşük devirli yüksek tork gücünü yüksek devirli düşük tork gücüne değiştirmek için bir dişli kutusu kullanılır. Bu güç jeneratör için kullanılır. Şanzıman, dönüş hızlarını 30 – 60 rpm‘den 1000 – 1800 rpm’ye yükseltmek için jeneratör ve ana şaft arasına bağlanmıştır.
Şanzımanlar üstün kaliteli alaşımlar, alüminyum döküm, paslanmaz çelik vb. gibi farklı malzemelerden yapılır. Rüzgar türbinlerinde Planet, Helisel ve Worm olmak üzere üç tip dişli kutusu kullanılmaktadır.
- Jeneratör
Şanzımanın dönen mekanik enerjisi, mil vasıtasıyla jeneratöre verilir. Michael Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon ilkesi yasasına göre çalışır. Böylece enerjiyi mekanikten elektriğe değiştirir.
Yatay Eksenli Rüzgar Türbini Avantajları ve Dezavantajları
Yatay eksenli rüzgar türbini avantajları şunlardır:
- Dikey rüzgar türbinine kıyasla yüksek çıkış gücü içerir.
- Rüzgar kesmesi değiştiğinde uzun bir kule daha güçlü rüzgarlar alır.
- Yüksek verim.
- Dikey tip türbine göre pahalı değildir.
- Yüksek güvenilirliğe sahiptir.
- Yüksek kapasite oranına sahiptir.
- Dönme hızı yüksektir.
- Daha tutarlıdır.
- Bu türbinler kendi kendine çalışır.
- Bu türbinde, kanatlar, dengeyi artıran türbin ağırlık merkezinin bir yüzüne yerleştirilmiştir.
- Türbin kanatlarının en iyi hücum açısına sahip olması için kanatları bükebilir.
- Bıçak ayrıca bir fırtına sırasında hasarı azaltmak için rotoru eğebilir.
Yatay eksenli rüzgar türbini dezavantajları şunlardır:
- Büyük boyutta mevcuttur.
- Ağırlığı fazladır.
- Kolay hareket edemez.
- Kurulumu zordur.
- Fazla gürültülüdür.
- Bu rüzgar türbinini tasarlamak için büyük makinelere ihtiyaç vardır.
- Bakımı diğer rüzgar türbinlerine göre zordur.
Yatay Eksenli Rüzgar Türbini Kullanım Alanları
Yatay eksenli rüzgar türbini kullanım alanları şunlardır:
- Yatay eksenli rüzgar türbini, büyük güç çıkışları ve yüksek verimlilikleri nedeniyle ticari ve endüstriyel amaçlar için en sık kullanılan rüzgar türbinleridir.
- Yatay eksenli rüzgar türbini kullanım alanları, çoğunlukla rüzgar çiftlikleridir.
- Yatay eksenli rüzgar türbinleri daha iyi güç çıkışı ve daha yüksek enerji verimliliği sağlar. Bu nedenle büyük ölçekli rüzgar santrallerinde elektrik üretimi için kullanılır.
- Endüstriyel tesislerde, büyük ölçekli rüzgar çiftliklerinde veya ulusal projelerde Yatay eksenli rüzgar türbinleri en sık rastlanan rüzgar türbin çeşitleri Çünkü kütle elektriği üretimi için mükemmel bir çözümdür.