ÇEVRE DOSTU BİR ENERJİ KAYNAĞI OLARAK RÜZGAR ENERJİSİ VE ISPARTA İLİ İÇİN BİR UYGULAMA

Transkript

1 Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 6 Sayı1-2, (2002), ÇEVRE DOSTU BİR ENERJİ KAYNAĞI OLARAK RÜZGAR ENERJİSİ VE ISPARTA İLİ İÇİN BİR UYGULAMA Ali Şükrü ONURAL*, Bülent CERİT*, Nafel DOĞDU* ÖZET Yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisi, jeo termal ve rüzgar hızla gelişmektedir. Bunların içinden kullanımı artarak büyüyen ve tartışılan rüzgar enerjisidir. Rüzgar enerjisi diğerlerinin tersine dünyanın birçok alanlarında kullanılan ucuz bir metottur. Türkiye büyüyen enerji ihtiyacını karşılaması için 2001 de 27.8GW olan elektrik enerjisi kapasitesini 2010 yılına kadar 2 ye, 2020 yılına kadar 4 e katlamak zorunda kalacaktır. Bu çalışma, Orta Akdeniz bölgesindeki Isparta ili için rüzgar enerji kaynaklarının araştırılmasını hedeflemiştir yılları arasında Orta Akdeniz bölgesindeki ortalama hızları, potansiyelleri tespit edilerek hakim yönü, ortalama değerleri, hızları, potansiyeli ve frekans dağılımı saptanmıştır. Elde edilen veriler ölçüm yapılan yüksekliklere göre sınıflandırılmış ve sonuç olarak meteoroloji verileri yardımıyla da enerji potansiyelleri belirlenmiştir. Isparta ilinde uygulanan WASP Programı yılları arasındaki Isparta Meteoroloji İstasyonu verileri ile hesaplanmıştır. Bu bölgeye 10 metre yükseklikte ve 30 metre yükseklikte iki adet demir kontrüksiyondan oluşan ve çapları 10 cm olan kuleler yerleştirilmiş ve anemometreler vasıtasıyla yaklaşık bir yıl süreyle (Ocak 1998 Şubat 1999) rüzgar hızları ( m/s ), sıcaklık değerleri ( o C), bağıl rutubet değerleri (% RH) ve basınç değeri (hpa) ölçümleri yapılmıştır. Yapılan ölçüm verileri aylık, günlük veriler şeklinde kaydedilmiştir. Anahtar Kelimeler : Yenilenebilir enerji, Rüzgar enerjisi, WASP AN ENVIRONMENTALIST ENERGY SOURCE AS WIND ENERGY AND AN APPLICATION FOR ISPARTA ABSTRACT Renewable energy technologies such as solar thermal, geo thermal and wind are developing rapidly. Basic problems are arising in the wind energy are discussed. Wind energy conversion, particular, is becoming cheaper than traditional methods in some areas of the world. To meet Turkey s growing energy demand, the installed electric power capacity of 27.8GW in 2001has to be doubled by 2010 and increased fourfold by This paper presents the potential and the feasibility for the renewable wind energy resources for Medi - Mediterranean especially in Isparta. For this reason, the dominant wind directions, the mean values and wind potential which were observed between the years were determined. The results were classified according to the height above the ground level of 10 m and 30 m. The dominant wind direction, the mean values, wind speeds, wind potential and frequency distributions were designated. Based on Isparta Meteorological Station data scale parameters and numerical values were found with WASP programme between 1992 and Finally, the energy potential was designated thanks to the meteorological data. Key Words : Renewable energy, Wind energy, WASP * Akdeniz Üniversitesi, Teknik Bilimler M.Y.O, ANTALYA

2 A. Ş. ONURAL, B. CERİT, N. DOĞDU GİRİŞ Dünyamız giderek artan bir hızla kirlenmektedir. Temel problemlerden biri, kömür, petrol gibi fosil yakıtların kullanılması sonucu atmosferde biriken karbondioksit gazı, bunun sonucu olarak ortaya çıkan sera etkisidir. Bütün bu kirlenmelerin üçte birinin elektrik üretiminden kaynaklandığı belirlenmiştir. Dünyadaki petrol ve kömür gibi yakıtların kullanılmasına bağlı hava kirliliği ve mevcut rezervlerinin gün geçtikçe azalması dikkatleri yeni enerji kaynaklarına çevirmiştir. Günümüz enerji sorunlarının aşılmasında temiz ve tükenmez bir kaynak olan rüzgar enerjisinden uzun dönemde kaçınılmaz olarak yararlanılacaktır. Rüzgar gücü, güneş enerjisinin dolaylı bir şeklidir. Bu güç, yeryüzünün her bölgesinin eşit bir şekilde ısınmayışı ve buna bağlı olarak oluşan alçak ve yüksek basınç merkezlerinin karşılıklı etkileşimi sürecinin eseridir. Rüzgarın kinetik enerjisinden rüzgar gücü türbini aracılığıyla elektrik enerjisi elde edilmektedir. Ancak bu yolla enerji elde edebilmek için, enerji elde edilebilecek bölgede, bazı coğrafi özelliklerinde bulunması gerekir.bunlar arasında rüzgarın hızı, yönü ve esme sıklığı gibi faktörleri sıralayabiliriz. Atmosferin rüzgarı oluşturan brüt kinetik gücü 0,191 x kw kadardır [1]. Rüzgarın hızı yükseklikle, gücü ise hızının küpü ile orantılı olarak artar. Havanın özgül kütlesi az olduğundan rüzgardan sağlanacak enerjinin miktarı hıza bağlıdır. Sağlayacağı enerji, gücüne ve estiği süreye bağlıdır. Özgül rüzgar gücü, hava debisine dik olarak birim yüzeye düşen güçtür. Topografik koşullara bağlı olarak rüzgarın yerden 50 metre yükseklikteki özgül gücü, hızı 3.5 m/s den küçük iken 50 W / m 2 den az, 11.5 m/s den büyük iken 1800 W / m 2 den çok olabilir [2]. Rüzgar gücünden yararlanmanın tarihi, eski dönemlere dayanmaktadır. Bu konuda ilk yararlanmaların, yelkenlerin ve yel değirmenlerin çalıştırılmasıyla başladığı sanılmaktadır. Yel değirmenlerinin M.Ö yıllarında eski Mısır da ve Japonya da icat edildikleri ve tahıl öğütme işinde işletildikleri kabul edilir yılında Andrew Meikle adında bir teknisyen ve daha sonra 1789 da Kaptan Stephen Hooper kanatlı türbinler üzerinde özel tertibatlar yaparak sistem üzerinde geliştirmeler yapmışlardır. Yel değirmenlerinin merkezi Hollanda kabul edilirse de bu değirmenlerin ideal tipini 1891 yılına doğru Danimarka da Paul la Cour adında bir Fransız tayin etmiştir [3]. Tablo 1 de ülkelere göre tesis edilen rüzgar türbin kapasiteleri verilmiştir. Yapılan incelemelerde A.B.D enerjisinin eldesinde rüzgar enerjisine en büyük ilgiyi veren ve destekleyen ülke konumundadır. Fakat 1995 yılının sonunda Avrupa nın kurulu gücü A.B.D yi geçmiştir. Bugün dünya çapında 4000 MW ın üzerinde, Avrupa da ise yaklaşık 2000 MW rüzgar gücü tesis edilmiştir. Tablo 1. Tesis Edilen Rüzgar Türbin Kapasitesi [ 4 ] ÜLKE Kp.(MW) 1990 Kp.(MW) Ekim 1995 Kp.(MW) 2000 A.B.D Avrupa Hindistan Çin Kanada Japonya Diğer Ülkeler DÜNYA TOPLAMI Avrupa da rüzgar enerjisi konusunda en ileri ülke Danimarka dır. Eylül 1999 sonu itibariyle kurulu kapasite 1606 MW iken 2003 te bu rakam 2645 MW a ulaşmıştır. Avrupa daki kurulu gücün %75 kadarı bu ülkede bulunmaktadır. Danimarka hükümeti 10 milyon $ yatırım yaparak toplam gücü 25 MW olan 5 adet rüzgar parkı kurmuştur [4]. Türkiye de Rüzgar Enerjisi İle İlgili Gelişmeler Türkiye de kullanılmakta olan enerji kaynaklarının çevre üzerindeki olumsuz etkileri bilinmektedir. Elektrik enerjisi üretiminde daha çok yerli kaynaklar kullanılmaktadır. Elektrik enerjisi üretiminin kaynaklara göre dağılımı şöyledir; 1998 yılı itibariyle gerçekleşen GWh lık üretimin

3 ÇEVRE DOSTU BİR ENERJİ KAYNAĞI OLARAK RÜZGAR ENERJİSİ VE ISPARTA İLİ İÇİN BİR UYGULAMA GWh ı (% 62) termik kaynaklardan, GWh lık bölümü (% 38) hidrolik kaynaklardan sağlanmıştır. Rüzgar türbinleri fosil yakıt santralleri ile karşılaştırıldığında daha ekonomik üretim yapabilmektedirler. Bozcaada daki rüzgar türbinlerinde bir kwh kapasite maliyeti 1000 USD iken, bir hidroelekrik santralı için 2 bin - 4 bin Dolar olarak gerçekleşmektedir. İşletme maliyetinin de sıfır olduğunu hesaba katarsak rüzgar, çok ekonomik bir enerji kaynağıdır [5]. Türkiye de rüzgar enerjisi ile ilgili çalışmalar ilk olarak 1950 lerin sonlarında üniversitelerimizde başlatılmıştır. Bakanlık düzeyinde konunun ele alınması ise yapay petrol bunalımından sonra olmuştur. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı na bağlı EİE bünyesinde 1981 yılından bu yana rüzgar enerjisi çalışmaları yapılmaktadır yılında Rüzgar Enerjisi Şube Müdürlüğü diye ayrı bir birim de oluşturulmuştur. Bu çalışmalar Türkiye de rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi, enerji amaçlı ve bilgisayar destekli gözlem istasyonları kurulması üzerine toplanmış, çeşitli rüzgar türbinleri üzerinde deneysel amaçlı uygulamalara girilmiştir döneminde rüzgar türbinleri ile ilgili bir araştırma için Tarım Bakanlığı kanalından Türkiye çapında yaptırılan bir anket çalışmasında, 718 tanesi su çıkartmada ve 41 tanesi elektrik üretiminde kullanılan 749 rüzgar kuvvet makinesi saptanmıştır [5]. TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) bünyesinde 1990 sonrasında bazı çalışmalar yapılmıştır. MAM da eksikler ve hataları bulunan ilk rüzgar atlası çalışması başlatılmış, Gebze de Özbek tepesinde çeşitli pompa çalıştırma ve elektrik üretim amaçlı rüzgar türbinleri kurularak denenmiştir. Türkiye rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi ve rüzgar atlası ile izovent haritaları oluşturulması için Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü ( DMİ ) tarafından sürdürülen ve kullanılabilir ilk sonuçları alınmış bir çalışma da vardır [6]. EİE nin girişimleri ile, ilk 1992 yılında Bakanlar Kurulu kararına dayanarak, Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği Türkiye Şubesi ( AREB TŞ ) kurulmuştur. Bugün Türkiye de gücü 1 kw nın üzerinde ve çalışır durumda olan elektrik üretim amaçlı çok sayıda rüzgar türbini vardır. Bunlardan biri 1985 yılında Danimarka dan alınan 55 kw güçlü Çeşme Altın yunus turistik tesisleri rüzgar türbinidir. Ayrıca TÜBİTAK MAM alanında 2 kw lık bir sistem mevcuttur. WASP ( Wind Atlas Analysis and Application Programme) programına uygun olarak hazırlanan bir çalışma da 10 yıllık bir periyot için kesintisiz rüzgar verilerinin temini söz konusu olmuştur. ETKB ye göre bugünkü teknik koşullarda 10 m yükseklikte ortalama 6 m/s hızda, yılda 2500 saat kullanma süresi ile kurulabilecek teknik kapasite MW düzeyindedir. [7]. Bu çalışmalar neticesinde yine de Türkiye nin rüzgar enerjisi potansiyeli net şekilde ortaya konulamamıştır. Fakat bu çalışmaların ortak bulgusu 10 metre yükseklikte yıllık ortalama 2,7 m/s ( 10 km / h ) hız limiti ile Türkiye nin elektrik üretimine yönelik çeşitli yörelerinin bulunduğudur yılında tamamlanan çalışmalar neticesinde coğrafi bölgelerimize göre 10 metre yükseklikteki rüzgar hızları, güç yoğunlukları hesaplanmış ve bu değerler tablo 2 de verilmiştir. Tablo. 2 Türkiye nin Bölgeleri İçin Oluşturulan Rüzgar Hızı ve Enerji Yoğunluğu Değerleri [ 6] BÖLGELER Rüzgar Hızları (m/s) Enerji Yoğunluğu (W/ m 2 ) Karadeniz 2,12 13,19 Akdeniz 2,38 21,36 İç Anadolu 2,45 21,38 Ege 2,46 20,14 Güney Doğu Anadolu 2,65 23,47 Marmara 2,69 29,33 Doğu Anadolu 3,29 51,91 Bu çalışmalar göre Türkiye nin % 64 ünde güç yoğunluğu 20 W/ m 2 yi geçmezken, % 16 sında W/ m 2 arasında, % 5.9 unda 50 W/ m 2 nin ve % 0.08 inde de 100 W/ m 2 nin üzerindedir [7]. EİE bugün için 11 istasyonla bazı özel alanlarda enerji amaçlı ölçümler ve yöresel potansiyel belirleme çalışmaları yapmaktadır. DMİ tarafından 1993 yılında başlatılan rüzgar atlası çalışmasında 43 meteoroloji istasyonunun verileri WASP bilgisayar programı ile değerlendirilmiştir. 10 metre ölçüm yüksekliğinde ortalama yıllık hızı olan yörelerimiz Afyon, Antalya, Isparta, Samsun, Sarıyer, Akhisar, Malatya, Anamur ve hızı m/s olan yörelerimiz Bergama, Bodrum, Çanakkale, Çorlu, Gökçeada, İnebolu, Sinop ve son olarak hızı 4 6 m/s olan yörelerimiz ise Antakya, Bandırma ve Mardin olup, en yüksek hız 6.2 m/s ile Bozcaada da saptanmıştır [5]. 39

4 A. Ş. ONURAL, B. CERİT, N. DOĞDU MATERYAL VE METOT Güç yoğunluğu ve rüzgarın ortalama hızı kullanılarak rüzgarın gücü hesaplanabilir. E(v) = ½ ρ v 3 p w (v) (1) Formüldeki ρ havanın yoğunluğu olup değeri, kg/m 3 dür. v ise rüzgar hızını, p w (v) tahmin edilen Weibull dağılımıdır. Rüzgar - frekans dağılımını tanımlamak için bir çok istatistik modeller mevcuttur. Bu enerji çıkışının tahmininde kullanılır. Weibull dağılımı iki parametreden oluşur [2]. Bu şöyle açıklanabilir : p w (v) = ( k / c ) ( v / c ) k 1 exp [ - ( v / c ) k ] (2) Formüldeki v rüzgarın hızı ( m/s ), c skala ( ölçek ) katsayısı, k şekil faktörü birimsizdir. Seçilen bölgenin istatistiksel rüzgar hızı verilerini hesaplamak için aşağıdaki matematiksel model kullanılabilir: p ( v ) dv = 1 (3) 0 veya p ( v ) dv = 1 p ( v ) (4) 0 p ( v ) nin v den sonsuza integrali aşağıdaki denklemi verir : exp [ - ( v / c ) k ] = 1 p ( v ) (5) Meteorolojik Veriler ve Ölçüm Verileri Neticesinde Elde Edilen Rüzgar Gücü Rüzgarın yıllık hız dağılımları çeşitli nedenlere bağlı olarak değişim gösterir. Yükseklik, rüzgarın hakim yönü ve iklimsel durumlar bu farklılıklara sebep olmaktadır. Bununla birlikte coğrafi konum en önemli etkendir. Tablo 3 de iklimsel ve coğrafi durumların mevkilere göre değişimi gösterilmiştir. Tablo 3. Aynı Ortalama Hızlı Bölgeler için Rüzgar Güç Yoğunluğunun Hız Dağılımına Etkisi [2] Yıllık ortalama Rüzgar hızı YER m/s mil Gerçek rüzgar gücü yoğunluğu (W/ m 2 ) Küp faktörü Culebra, Puetro 6, ,4 Tiana, New York 6, ,9 California 6, ,4 Tablo 3 deki verilere göre Culebra-Puetro, Tiana-New York, California da yıllık ortalama rüzgar hızları aynı olmasına karşın ( 6.3 m/s ) gerek coğrafi, gerekse iklimsel değişimler gerçek rüzgar gücü yoğunluğunun ve küp faktörünün farklı olmasına sebep olmuştur. Culebra-Puetro da gerçek rüzgar gücü yoğunluğu 220 W/ m 2 ve küp faktörü 1.4 iken California da 365 W/ m 2 olup küp faktörü ise 2.4 olduğu görülmektedir. WASP Avrupa rüzgar atlasının hazırlanması için Danimarka lı uzmanlar tarafından üretilmiş ve kullanılmış bir PC paket programıdır ve menülerle çalışmaktadır. Ana menüleri ; DATA, 40

5 ÇEVRE DOSTU BİR ENERJİ KAYNAĞI OLARAK RÜZGAR ENERJİSİ VE ISPARTA İLİ İÇİN BİR UYGULAMA OBSTACLE, ROUGHNESS, OROGRAPY, ATLAS ve WESC. Program datayı analiz edip engel pürüzlülük ve coğrafik etkiler yönünden düzelttikten sonra ATLAS menüsünde yatay ve dikey extrapole edilmiş olarak depolamaktadır karekterlik 10 yıllık rüzgar hız ve yön kaydını çok kısa bir sürede okuyup 1 m/s lik aralıklarla 30 derecelik yön sektörleri için esme sayılarını hesaplamakta, her yön sektörü için 1000 e normalize etmekte ve bunların ortalama frekansını % olarak vermektedir. Bu esme sayıları frekans tablosunda ayrıca her bir yön sektörü için Weibull parametrelerini (A,k) hesaplıyor ve ortalama rüzgar hızını belirleyip m/s birimiyle, ortalama rüzgar enerjisi yoğunluğunun değerini de hesaplayıp W / m 2 birimiyle veriyor. WASP programı, rüzgar data analizinde Weibull dağılımını esas almaktadır. WASP programı OBSTACLE menüsünde ölçüm aleti etrafındaki yakın engellerin uzaklık, yükseklik, genişlik ve kuzeyden itibaren konum açılarını 5 km yarıçaplı bir alan içinde istenmektedir. Ayrıca engellerin türüne göre rüzgar geçirgenlik katsayısı bu hesaplamada önemlidir. Bu bilgiler önceden belirtilen kayıt formatıyla bilgisayara aktarılır. Eğer engel girdisi uygun formda aktarılmışsa, program çıktısı engelleri giriş numaralarına göre ölçüm noktası etrafında konumlarına göre çizilmiş halde vermektedir [8]. Weibull Dağılımı Weibull dağılımı, bir, iki ve üç parametreli olabilen bir dağılım şeklidir. 2 parametreli bir dağılım için A ölçek parametresi olarak bilinir ve m/s birimindedir. k ise şekil parametresi olarak bilinir, birimsizdir. Weibull dağılımı, normal dağılımla üstel dağılım arasında ve büyük çoğunlukla Rayleigh dağılımına benzer. k parametresinin değerine göre dağılım şekillenir. Dağılımın histogram eğrisinde A, hızın en fazla frekansla estiği değere eşittir. A ve k parametreleri, standart Gama dağılım tabloları yardımıyla hesaplanabilmektedir. k değeri 0 dan +3 ve 3 değerlerine kadar değişmektedir. Gama dağılım tablolarından bilinen A ve k değerleri için ortalama hız ve hız küplerinin ortalaması da hesaplanabilmektedir. Weibull dağılımının dezavantajı düşük rüzgar hızlarında uyumsuzluğun artması ve dağılımda rüzgar hızı esas alındığı halde rüzgar yönünün dikkate alınmamasıdır. Tablo 4. Isparta ili yön sektörlerindeki rüzgar esme sayıları, frekans ve Weibull parametreleri ( 10 yıllık veriler ) Sektör Frekans < >17 A k 0 4, ,5 1, , ,1 1, , ,8 1, , ,6 1, , ,5 1, , ,9 1, , ,9 1, , ,2 1, , ,4 1, , ,3 1, , ,2 1, , ,9 1, ,9 1,24 Ortalama rüzgar hızı : 2,9 m/s Ortalama enerji yoğunluğu : 42 W/ m 2 Tablo 4 de yönlere göre rüzgar hız kademeleri esme sayıları 1000 e normalize edilmiş olarak verilmiştir. Ayrıca yönlere göre kümülatif frekans 100 e normalize edilmiştir. Her yön için Weibull parametreleri olan A ve k değerleri de hesaplanmıştır. Hesaplanan A ve k değerleri ile ortalama rüzgar hızlarını bulmakta mümkün olacaktır. Isparta, Türkiye nin Orta Akdeniz bölgesinde bulunmaktadır. Isparta 30 o - 20, 31 o - 33 doğu boylamları ile 37 o - 18 ve 38 o - 30 kuzey enlemleri arasında olup, yüzölçümü 8933 km 2 dir. Isparta karasal bir iklime sahiptir fakat coğrafi konum sebebiyle İç Anadolu Bölgesi ile Akdeniz Bölgesi arasında kaldığı için iklimsel değişiklikler gösteren bir ilimizdir. Kışları soğuk, rüzgarlı, nemli ve karlı olmakla birlikte yazın kuru ve sıcak, bazen de hafif rüzgarlı geçmektedir. Isparta Meteoroloji Bölge Müdürlüğü tarafından uzun yılların meteorolojik değerleri aşağıda Tablo 5 de verilmiştir : 41

6 A. Ş. ONURAL, B. CERİT, N. DOĞDU Tablo 5. Isparta Meteoroloji İstasyonu Verileri İst.Adı: AYLAR ISPARTA Meteo.Elem. Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haz. Tem. Ağu. Eylül Ekim Kasım Aral. Yılıık Yağış ortala. (52 yıllık ) Sıcak.ortala. (52 yıllık ) Nem ortala. ( 51 yıllık )% Rüz.hızı ort. 40 yıl-m/sec. Hakim yön Uzun yıllar 90 76,3 61, , ,9 9,6 19,2 40,4 44, ,03 1,7 2,8 5,8 10,7 15,4 19,7 23, ,4 13,1 7,9 3,6 12, ,2 2,5 2,4 1,8 1,7 1,8 1,7 1,5 1,5 1,6 1,9 1,9 W SE SE SE SE NW NE NE W W SE SE Tablo 5 de görüldüğü gibi Isparta ilinde en yüksek rüzgar hızının Mart ayında ölçüldüğü gözlemlenmiştir. Bu değer bu ayda 2.5 m/s dir. En düşük değerinin de Eylül ve Ekim aylarında 1.5 m/s olduğu saptanmıştır. Rüzgarın hakim yönünün Güney-Doğu olduğu ve zaman zamanda batıdan estiği meteorolojik verilerden anlaşılmaktadır. Isparta ilinde uygulanan WASP Programı yılları arasındaki Isparta Meteoroloji İstasyonu verileri kullanılarak hesaplanmıştır. Bu çalışmaya engellerin (dağlar, topoğrafik arazi durumları v.s.) etki etmemesi için uzun süre yer seçimi konusunda araştırmalar yapılmıştır. En uygun yerin Süleyman Demirel Üniversitesi kampüsü arkasındaki, bir ucu Çünür beldesine dayanan tepelerin olduğuna karar verilmiştir. Belirlenen yer, etrafı açık ve fazla engebesi olmayan, Burdur yoluna hakim bir tepedir. Bu bölgeye 10 metre yükseklikte ve 30 metre yükseklikte iki adet demir kontrüksiyondan oluşan ve çapları 10 cm olan kuleler yerleştirilmiş ve anemometreler vasıtasıyla yaklaşık bir yıl süreyle ( Ocak 1998 Şubat 1999 ) rüzgar hızları ( m/s ), sıcaklık değerleri ( o C), bağıl rutubet değerleri (% RH) ve basınç değeri (hpa) ölçümleri yapılmıştır. Yapılan ölçüm verileri aylık, günlük veriler şeklinde kaydedilmiştir. Elde edilen veriler Tablo 6 da verilmiştir. Buna göre Isparta nın 10 metre ve 30 metre yüksekliklerdeki en yüksek sıcaklık değeri aylık ortalama 26.4 o C ile Ağustos 1998 te, en düşük sıcaklık değeri de o C ile Ocak 1999 da ölçülmüştür. Atmosferik basınç değerleri en düşük 882 hpa ile Kasım 1998 de, en yüksek değerine de 892 hpa ile Şubat yıllarında ulaşmıştır. Tablo 6. Isparta bölgesinde 10 m ve 30 m yükseklikte yapılan ölçümler neticesinde elde edilen veriler AYLAR Rüzgar Hızı (m/s ) Enerji Yoğ. Bağıl nem Sıcaklık Baro. Basınç Max.Rüzgar 10 m. 30 m. ( W / m 2 ) % RH o C ( hpa ) Yönleri ( o ) Ocak o Şubat o Mart o Nisan o Mayıs o Haziran o Temmuz o Ağustos o Eylül o Ekim o Kasım o Aralık o Ocak o Şubat o ORTALAMA

7 ÇEVRE DOSTU BİR ENERJİ KAYNAĞI OLARAK RÜZGAR ENERJİSİ VE ISPARTA İLİ İÇİN BİR UYGULAMA Yerden 10metre ve 30 metre yüksekliklere göre rüzgar hızı çeşitliliğini gösteren önemli parametreler Tablo 6 da görülmektedir. Bu aylık rüzgar hız dağılımı 1 Ocak 1998 ile 28 Şubat 1999 tarihlerine aittir. Bu sonuçlara göre, 10 metre yükseklik için ortalama rüzgar hızı 2.03 m/s, 30 metre yükseklik için 2.28 m/s dir. Rüzgar enerji yoğunluğu, rüzgar hızı ve hava yoğunluğuna bağlı olarak farklılık göstermektedir. Ortalama enerji yoğunluğu değeri W / m 2 olarak ölçülmüştür. Bu dönem içinde rüzgar hızı ölçüm değerleri aylara göre de değişimler göstermekle birlikte en yüksek değerine kış aylarında, en düşük değerine de sonbahar aylarında (Eylül Ekim 1998 ) ulaşmıştır. Bu rüzgar hızı değerleri Şubat 1999 da 2.4 m/s ye çıkmıştır. Rüzgar enerjisi yoğunluğu hıza bağlı olarak Eylül 1998 ayında W/ m 2 ile en düşük değerini alırken, Mart 1998 ayında W/ m 2 ile en yüksek değerine ulaşmıştır. 3 2,5 2 1, metre 10 metre 0,5 0 Oca.98 Nisan Temmuz Ekim Oca.99 Şekil metre ve 30 metre Yükseklik için Aylara Göre Rüzgar Hızı Dağılımı 10 metre ve 30 metreye göre 14 ay boyunca rüzgarın ortalama hız değerleri Şekil 1 de verilmiştir. Bu sonuçlara göre rüzgarın ortalama hızı 10 metre için 2.03 m/s dir. 30 metre için rüzgarın ortalama hızı 2.28 m/s dir. 14 ay boyunca rüzgarın hızı, yönü ve sıcaklık değerleri 30 dakikada bir gözlem istasyonu tarafından alınan veriler Isparta için rüzgar kaynaklarının tespitinde kullanılmıştır. Buna bağlı olarak rüzgarın yönünün yerin coğrafik özellikleri de göz önüne alınarak tespiti yapılmıştır. Hakim ve en kuvvetli esen rüzgar yönünün Güney Doğu, kuvvetli rüzgar yönünün de Batı dan estiği gözlemlenmiştir. TARTIŞMA VE SONUÇLAR Büyük türbinlerden elde edilen elektriğin maliyeti birçok parametreye bağlıdır. İyi rüzgar sahalarında ortalama şartlarda, rüzgardan elde edilen elektrik enerjisinin maliyeti 5cent/kWsaat değerine kadar düşmektedir. Termik, hidroelektrik vs. konvansiyonel kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisinin maliyetinin bu değerden yüksek olması ve yıllık harcamanın kWh ı aşması durumunda rüzgar enerjisi üretimi ekonomik bir çözüm olarak düşünülebilir. Ancak bunun için bölgedeki rüzgar potansiyelinin uygun olması gerekir. Büyük türbinlerin üretime başlaması için gereken rüzgar hızlarını bir yaklaşım olarak değerlendirirsek, bölgedeki ortalama rüzgar hızının 4-6m/s civarında olması gerektiğini söyleyebiliriz. Tabi ki bu kesin bir sonuç değildir. Yatırımın ekonomik olup olmadığının belirlenmesi için tüm yıla yayılan bir dağılımın çıkarılması şarttır. Büyük türbinlerden oluşan rüzgar çiftliklerinin yatırım maliyeti kabaca bir yaklaşımla 1000 $/kw dır. Yıllık bakım masrafı ise yatırımın %1-1,5 i olarak gerçekleşir. Bu şartlar altında kurulacak türbinlerden elde edilen elektrik enerjisi, şebekeye; maliyeti düşük, çevreyi kirletmeyen, güvenli ve yenilenebilir bir kaynaktan üretilmiş olarak verilir. Küçük türbinler, genellikle şebekenin olmadığı ya da ulaştırmanın ekonomik olmadığı, ya da sorunlu olduğu yerlerde uygulanır. Küçük türbinlerin güç değerleri, 0,05-20kW arasındadır. En fazla 4 adet hareketli parçadan oluşan bu tip türbinler bakımsız, ya da çok az bakımlı olarak dizayn edilmişlerdir. İşletme giderleri neredeyse yoktur. Her türlü çevre şartlarına dayanabilecek şekilde dizayn edilirler. Otomatik kontrol mekanizmaları, sistemi aşırı şarjdan koruyan kontol sistemleri vardır ve ayrıca çok yüksek rüzgar hızlarında otomatik korunmalı dizayn edilmişlerdir. Verilere göre, rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretimi potansiyeli açısından Isparta ilinin değerlendirilebilir olduğu gözlemlenmiştir. Burada en önemli etken, bölgedeki etkili rüzgarların büyük rol oynamasıdır. Bu amaçla, Isparta bölgesinde değişik istasyonlardan rüzgar hızı verileri 43

8 A. Ş. ONURAL, B. CERİT, N. DOĞDU toplanmıştır. Bu veriler alınırken yörenin coğrafik durumu da göz önünde bulundurulmuştur. 10 metre yükseklikte en fazla rüzgar hızının 2,4 m/s ile Mart ayında, 30 metre için 2,75 m/s ile Kasım ayında olduğu tespit edilmiştir. Bu da verimli rüzgar hızının kış aylarında olduğunu göstermektedir. Isparta dan alınan verilerde, rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretimi için değerlendirilebilecek, umut verici yerler olduğu saptanmıştır. Veriler neticesinde, yöreye rüzgar çiftliklerinin küçük türbinler şeklinde inşa edilmesi uygun olacaktır. Rüzgar gücü yoğunluğu, 10 metrede ve 30 metrede ortalama rüzgar hızı değerlerinin değişik olmasından dolayı farklılık göstermektedir. 30 metrede yüksek bir hızın varlığı dolayısıyla daha yüksek bir enerji yoğunluğuna etken olacak yöreye kurulacak rüzgar türbinlerinin bu yüksekliklerde inşa edilmesinde önemli rol oynayacaktır. Isparta ilinde bazı aylarda rüzgar hızının 3 m/s nin altına düşmesi sebebiyle kurulacak küçük türbinlerde, türbin kanadının ilk kalkış hareketinde problemlere sebep olacağı tahmin edilmektedir. Bu yüzden yöreye kurulacak küçük türbinlerde ilk kalkışı düşük hızlarda bile gerçekleştirebilen çok kanatlı yatay türbininin veya türbin rotor göbeğindeki boş kısma çok palalı ikinci bir rüzgar türbini yerleştirilebilir. Bunlar sistem hareketsizken rüzgara karşı o hücum açısıyla durmalı, sistem çalışma hızına ulaşınca pala düzlemi uygun konumu almalıdır. Bu levhalar meydana gelebilecek santrifüj, aerodinamik kuvvet ve momentlerle istenen konumları alacak şekilde uygun noktalarından palaya bağlanabilir. Elde edilen enerji bataryalar kullanılarak depolanabilir. KAYNAKLAR 1. Ültanır, M.Ö., Şimdi Rüzgar Çiftliği Zamanı, Sayı 5, Enerji Dergisi, Mayıs Gige, P., Wind Energy Comes of Age, John Wiley & Sons, Inc, Gige, P., Overwiew of World Wide Generation, Renewable Energy, sayı 5, no 1, sayfa , Elsevler Science Ltd., 1994, UK. 4. Uyar, T.S., Türkiye de ve Dünya da Rüzgar Enerjisinden Elektrik Üretimine İlişkin Gelişmeler, Elektrik Enerjisi ve Teknolojileri Sempozyumu, Ankara, Ocak Uyar,T.S., Enerji Üretiminde Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Kullanımı, Enerji dergisi, cilt 39, sayı 403, sayfa 27-31, Ankara. 6. Uyar, T.S., Türkiye de Rüzgar Enerjisi, TÜBİTAK Bülteni, cilt 2, sayı 6, sayfa 22-23, Şener, Y.A., Türkiye de Rüzgardan Yararlanma İmkanları, DPT, Müsteşarlık Araştırma Grubu ve Türkiye 4. Enerji Kongresi Teknik Oturum Tebliği 1, İzmir, Akgün, N., Rüzgar Analizi ve Türkiye Rüzgar Atlasının Hazırlanması, Meteoroloji Lodos Dergisi sayı 14, sayfa 7 20, 1992, Ankara. 44