Rüzgâr Enerjisi nasıl bir yerden gelir? Tüm yenilenebilir enerji türleri (gelgit enerjisi ve jeotermal hariç) ve fosil yakıt enerjisi dahi sonuç olarak 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 rüzgâr enerjisine dönüşür. Bu, yeryüzündeki tüm bitkilerin biyolojik kütleye dönüştürdüğü enerjinin 50-100 katıdır. Sıcaklık farkları hava akımını oluşturur. Ekvator çizgisi yakınındaki bölgeler dünyanın diğer bölgelerine göre daha fazla ısınır. Bu sıcak bölgeler, kızıl ötesi fotoğraflarda sıcak renklerle (karalarda kırmızı, turuncu ve deniz yüzeyinde sarı) görünür. Sıcak hava soğuk havadan hafiftir ve yaklaşık 10km'ye ulaşıncaya kadar gökyüzüne yükselir. Bu sıcak hava kütlesi hareket ederek Kuzey ve Güney Kutbuna yaklaşınca 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: 1 / 10
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 rüzgâr, bir alçak basınç alanına yaklaştıkça saat yönüne ters yön alır. Güney yarıkürede ise rüzgâr, alçak basınç alanları etrafında saat yönünde döner. Rüzgârın Gücü Rüzgâr hızı, bir rüzgâr türbininin elektriğe çevirebileceği enerji miktarı açısından önemlidir. Rüzgârın enerji içeriği, ortalama rüzgâr hızının küpü oranında değişir. Yani rüzgâr hızı 2 katına çıkarsa, 8 kat enerji içerir. Öyleyse, rüzgârın enerji içeriği rüzgâr 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). Rüzgâr türbini örneğinde, rüzgârın 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 Rüzgâr Enerjisi Rüzgâr enerjisi günümüzde, 21. yüzyılda ve onların ötesinde ençok gelecek vadeden teknolojilerden bir tanesidir. Burada rüzgâr enerjisi üzerinde en çok sorulan sorular hakkında bazı kısa cevaplar bulacaksınız: 2 / 10
Rüzgâr Enerjisi Temizdir Rüzgâr türbinlerinden herhangi bir çevre kirliliği olmaz. Modern bir 600 kw gücündeki rüzgâr 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 rüzgâr türbini tarafından üretilen enerji imâlatı, bakımı, faaliyeti, demontajı ve parçalanması için gerekli olan enerjinin sekiz misli fazladır. Başka bir deyişle, genellikle bir rüzgâr türbinini imâl etmek ve çalıştırmak için gerekli olan enerjiyi geri kazanmak için sadece iki ya da üç ay yeterli olacaktır. Rüzgâr Enerjisi Yoğundur Rüzgârdaki enerji gerçekten de sürdürülebilir bir kaynaktır. Rüzgâr hiç bitmeyen bir şeydir. Halihazırda, rüzgâr enerjisi Danimarka elektrik tüketiminin %31.1'ini karşılamakta ve bu rakkamın 2008 yılında yüzde 40 mertebesine yükselmesi beklenmektedir. Avrupayı çevreleyen sığ denizlerin üzerindeki rüzgâr kaynakları, teori olarak Avrupa'nın kullandığı tüm elektriği birçok misli ile karşılar niteliktedir. Rüzgâr Enerjisi Farklıdır Rüzgâr türbinleri boyutlar ve üretim kapasiteleri açısından çok büyümüşlerdir. 3 / 10
1980'lerden kalma tipik bir Danimarka malı rüzgâr türbini, 26 kw gücünde bir generatöre ve 10,5 metrelik bir pervane çapına sahiptir. Modern bir rüzgâr 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 rüzgâr türbinlerinin 1.000-1.500 kw generatörü ve 50-60 metrelik pervane çapı bulunmaktadır. Galler'in Carno bölgesinde bulunan, Avrupa'nın geniş rüzgâr türbini parkı, 20.000 konutun ihtiyacına eşit bir enerji üretmektedir. Avrupa'da 1997 itibariyle, 3.000 MW'dan fazla rüzgâr enerjisi, beş milyon kadar kişinin elektrik ihtiyacını karşılayacak şekilde devrede bulunmaktadır. (windpower.dk - Danish Wind Industry Association) Rüzgâr enerjisi, rüzgârı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Rüzgârın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır. Dünyadaki durum Rüzgâr 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 rüzgâr enerjisinden karşılanması için çalışmalar yapılmaktadır. Günümüzde rüzgâr 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. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, 4 / 10
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), - Rüzgâr 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 - Rüzgârın sürekliliği olmadığı için enerji üretim değerinin sabit olmaması, - Rüzgâr 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. Rüzgâr türbinleri Rüzgâr türbinleri, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur. Rüzgârın 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 rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çeşitlilik gösterse de, genelde 5 / 10
dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri (YERT) ve "Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinleri (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Rüzgâr Türbini İç Yapısı 1. Makina Yeri (Nacelle) Makina yeri, rüzgâr türbininin dişli kutusu ve elektrik generatörü dahil kilit parçalarını içerir. Servis personeli, makina yerine türbin kulesinden girebilir. Makina yeri solunda, rüzgâr türbini pervanesi yani pervane kanatları ve göbek bulunur. 2. Pervane Kanatları (Rotor Blades) Pervane kanatları, rüzgârı yakalar ve rüzgârın gücünü pervane göbeğine aktarır. Modern bir 600 kw rüzgâr türbininde her pervane kanadının uzunluğu 20 metre kadardır ve bir uçak kanadı gibi tasarlanır. 3. Göbek (Hub) Pervane göbeği, rüzgâr türbininin düşük hız miline bağlıdır. 6 / 10
4. Düşük Hız Mili (Low Speed Shaft) Rüzgâr türbininin düşük hız mili, pervane göbeğini dişli kutusuna bağlar. Modern bir 600 kw rüzgâr 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 rüzgâr türbinininde azami elektrik gücü genelde 500-1500 kw arasındadır. 7 / 10
8. Elektronik Kontrol Ünitesi (Electronic Controller) Elektronik kontrol ünitesi, rüzgâr türbininin durumunu sürekli izleyen ve eğim mekanizmasını kontrol eden bir bilgisayar içerir. Bir arız halinde (örneğin, dişli kutusu veya generatörün fazla ısınması) rüzgâr türbinini otomatik olarak durdurur ve telefon modem hattı vasıtasıyla türbin operatörünü bilgisayarına uyarı verir. 9. Hidrolik Sistem (Hydraulics System) Hidrolik sistem, rüzgâr 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) Rüzgâr türbininin kulesi, makina yerini ve pervaneyi taşır. Genelde kulenin yüksek olması bir avantajdır, zira zeminden uzaklaştıkça rüzgâr hızları artar. Modern bir tipik 600 kw rüzgâr türbininde 40-60 metrelik bir kule bulunur. 8 / 10
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 rüzgâra karşı döndürmek üzere elektrik motorlarından yararlanılır. Eğim mekanizması, yelkovanı kullanarak rüzgâr yönünü algılayan elektronik kontrol ünitesi tarafından çalıştırılır. Rüzgâr, yön değiştirdiğinde normalde türbin bir defada sadece birkaç derece eğilir. 13. Anemometre ve Yelkovan (Anemometer and Wind Wane) Anemometre (Rüzgâr ölçer) ve yelkovan, rüzgâr hızı ve yönünü ölçmek için kullanılır. Anemometreden gelen elektronik sinyaller, rüzgâr türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından rüzgâr hızı yaklaşık 5 m/s'ye yaklaştığında rüzgâr türbinini çalıştırmak için kullanılır. Bilgisayar, türbini ve çevresini korumak için rüzgâr hızı 25 m/s'yi aştığında türbini otomatik olarak durdurur. Yelkovan, sinyalleri rüzgâr türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından rüzgâr türbinini rüzgâra karşı döndürmek üzere kullanılır. 9 / 10
10 / 10