RÜZGAR ENERJİSİNE GENEL BİR BAKIŞ A GENERAL LOOK TO THE WIND ENERGY Eren BAŞARAN Elektronik Yüksek Mühendisi (İ.T.Ü.) EMO BİLİM dergisi Yayın Kurulu Üyesi Boğazköy-Girne erenbasaran@yahoo.com 1. GİRİŞ Yeryüzünün gerek duyduğu enerjinin tümü güneşten gelir. Güneşten gelen enerjinin yaklaşık % 1-2'si rüzgâr enerjisine dönüşür. Yani rüzgâr enerjisi için, kinetik enerjiye dönüşmüş güneş enerjisidir, denilebilir. Yerkürede ortaya çıkan sıcaklık ve buna bağlı basınç farklılıkları, rüzgârın oluşmasına yol açmaktadır. Rüzgârın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yeldeğirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır. Rüzgâr türbinleri, rüzgârdan elde ettikleri kinetik enerjiyi elektik enerjisine dönüştürmektedirler. Modern yatay eksenli rüzgâr türbinleri 2 veya 3 kanatlıdır. Kanat çapları genellikle 1m'den 30m'ye kadar değişmektedir. Bir rüzgâr türbininden elde edilen enerji o bölgedeki rüzgâr hızının kübü ve kanat uzunluklarının karesi ile doğru orantılıdır. Rüzgâr hızı, yükseklikle yani yükseğe çıkıldıkça artar. Bu nedenle, rüzgâr türbininin kafası, ne kadar yükseğe takılırsa o kadar çok verim alınır. Tipik rüzgâr türbini kuleleri 6m ile 50m arasında değişmektedir. Şekil 1 de Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri çiftliği görülüyor. Bakım maliyeti sıfıra yakın olan bu sistemlerin, yıllar boyu bedava elektrik ürettikleri söylenebilir. Şu andaki teknoloji ile üretilen rüzgâr türbinlerinin ömrü minimum 20 yıldır. Bir kasabanın elektriğini sağlayacak 1.5 Megawatt lık sistemlerin yanısıra bir çatı üzerine monte edilebilecek, ufak 250-500 Watt lık akümülatör dolduran sistemler de mevcuttur. Fosil, nükleer ve diğer yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgârdan enerji elde edilmesi sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla rüzgâr enerjisi temiz bir enerjidir. Modern bir 600 kw gücündeki rüzgâr türbini ortalama bir yerde, bir yılda genellikle kömürle işletilen diğer elektrik santrallarının 1 200 ton karbondioksidinin yerine geçecektir. 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 40301 MW civarındadır. Bu güçten en fazla yararlanan ülke %36.3'lük payıyla Almanya'dır. Almanya toplamda 14612 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, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallık ve Çin'dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3756 MW'lık güç üretimi ile % 9.3 paya sahiptirler. Şekil 1. Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri çiftliği Günümüzde rüzgâr teknolojilerin en ileri düzeyde olduğu ABD de rüzgâr elektrik santralları teknolojisinin gelişimi, 1978 yılında Amerika Birleşik Devletler Kongresi nden geçen Kamu Yararlarını Düzenleme Politikaları Yasası sayesinde olmuştur. Avrupa da da, özellikle Kuzeybatı Avrupa ülkelerinde, rüzgâr türbinleri aracılığıyla elektrik üretimi için yaygın olarak araştırmalar yapılmıştır. Bugün rüzgâr türbinleri büyük bir pazar oluşturmuş olup, alıcılar sıra beklemektedir.
Rüzgâr enerjisi dönüştürme sistemleri 50 W ile 2-3 MW arasında mekanik veya elektrik gücü sağlayabilmektedir. Artık rüzgâr enerjisi, çevre dostu yenilenebilir bir kaynak olarak elektrik üretim bütçelerinde yer almaktadır. Rüzgâr enerjisi dolaysız ( indirekt ), bir başka deyişle çevrime uğramış güneş enerjisidir. Güneş enerjisinin karaları, denizleri ve atmosferi her yerde özdeş ısıtmamasından oluşan sıcaklık ve buna bağlı basınç farkları, rüzgârı oluşturmaktadır. Rüzgâr, yüksek basınç bölgesinden alçak basınç bölgesine yer değiştiren havanın, dünya yüzeyine göre bağıl ( izafi ) devinimidir (hareketidir). Yer değiştiren hava kütlesine yerin dönmesinden kaynaklanan Coriolis Kuvveti de etki eder. Ayrıca, rüzgârlar bir merkez çevresinde dolandıklarından, santrifüj kuvvet etkisinde kaldıkları gibi, yeryüzü ile akışkan hava arasında sürtünme kuvvetinden etkilenirler. Kutuplar ve ekvator arasındaki hava akımlarına bağlı, belli rüzgârlar varsa da, enerji üretimi açısından denizler ve karalar ya da dağlar ve vadiler arasındaki hava akımlarına dayalı yerel rüzgârlar önemlidir. Havanın özgül kütlesi az olduğundan, rüzgârdan sağlanacak enerji, rüzgâr hızına bağlıdır. Rüzgâr hızı yükseklikle, gücü ise rüzgâr hızının kübü ile doğru orantılı biçimde artar. Sağlayacağı enerji, gücüne ve esme saat sayısına (frekansına) bağlıdır. Özgül ( spesifik ) rüzgâr gücü, hava debisine, dik birim yüzeye düşen güçtür. Topoğrafık koşullara göre, yerden 50 m yükseklikte özgül güç, hız 3.5 m/s den küçük iken güç yoğunluğu 50 W/m 2 den az olabileceği gibi, hız 11.5 m/s den büyük iken, güç yoğunluğu 1800 W/m 2 den çok olabilir. Türbin kurulacak yerde, en az bir yıllık rüzgâr ölçümünün 0.1-0.2 m/s doğrulukta yapılması gereklidir. Ortalama rüzgâr hızı, yıldan yıla değişebilir. Mevsimsel değişimler yüzünden, rüzgâr enerjisi potansiyelinden elde edilecek enerji, yıllık ortalama hız değerinden hesaplanan enerjiden, daha fazla olmaktadır. Bu yüzden belli bir bölgede rüzgâr türbinleri ile üretilebilecek elektrik miktarının hesabında, yıllık ortalama rüzgâr hızından çok, weibull dağılımı ile hesap edilmiş rüzgâr hızı frekans dağılımı kullanılmaktadır. Alternatif enerji sistemleri, proje ihtiyaçlarına göre, şebekeye paralel (on-grid), şebekeden bağımsız (off-grid) ve Green-Line (şebeke destekli) olarak tasarlanabilir. Şebeke bağlantılı güneş pili sistemlerin gücü, birkaç kw'dan birkaç MW'lara kadar değişebilmektedir. Bu sistemler yüksek güçte santral boyutunda sistemler olabileceği gibi, daha çok görülen uygulaması, binalarda küçük güçteki sistemler şeklindedir. Şebekeden bağımsız sistemler, şebekenin hiç olmadığı yerlerde tercih edilirler. İklim verileri yeterli olduğu sürece bu sistemler, yalnızca ilk yatırım giderleri bile gözönüne alındığında, şebekeye bağlanmak için gerekli olan yatırımdan daha kazançlı olabilmektedir. Bu sistemlerde üretilen elektriğin depolanarak geceleri veya enerji üretilmediği zamanlarda kullanılabilmesi için, akümülatör olması gerekmektedir. Akümülatör kapasitesi belirlenirken, bölgenin iklim verileri, kullanılacak elektrikli cihazlar ve kullanım süresi de gözönüne alınır. 2. RÜZGAR ENERJİSİNİN TARİHÇESİ Rüzgâr enerjisi kullanımı M.Ö. 2800 yıllarında Orta Doğuda başlamıştır. M.Ö. 17. Yüzyılda Babil kralı Hammurabi döneminde Mezopotamya da sulama amacıyla kullanılan rüzgâr enerjisinin, aynı dönemde Çin de de kullanıldığı belirtilmektedir. Yeldeğirmenleri, ilk olarak İskenderiye yakınlarında kurulmuştur.avrupalılar, yeldeğirmenleriyle ilk kez Haçlı Seferlerinde tanışmıştır.fransa ve İngiltere de yeldeğirmenlerin kullanılmaya başlanması 12inci yüzyılda olmuştur. Avrupa, Haçlı Seferlerinde kazandığı bu teknoloji ile, Roma İmparatorluğunun kaçırdığı devasa bir serveti yakalamıştır. Roma İmparatorluğu gücünün zirvesindeyken, para basmak için gereken altın ve gümüşü Avrupa dışındaki eyaletlerden sağlamaktaydı. Bu eyaletleri kaybettikten sonra Avrupa daki fakir madenlerin işletilmesi denenmiş, ancak, bu madenlerin yüzeysel kapasiteleri hızla tüketilip, derinlere inildikten sonra galerilerden su çıktığından, madenler terk edilmiştir. Giderek artan para ve ekonomik bunalımla birlikte, o dönemin yüksek hızlı enflasyonu, Roma İmparatorluğunun sonunu getirmişti. Avrupalılar bunu yeldeğirmenleri yardımı ile, galeri diplerindeki suları dışarı pompalayarak, yani rüzgâr enerjisini kullanarak başarmışlardır. 18inci Yüzyılın sonunda yalnızca Hollanda da 10000 yeldeğirmeni bulunuyordu. Buhar makinesinin yapılması ve odun, kömür gibi yakıtlardan kesintisiz enerji üretimine başlanması ile rüzgâr enerjisi önemini yitiriyordu. Bununla beraber, rüzgâr türbini denilen ve elektrik üretiminde kullanılan ilk makineler 1890 ların başlarında Danimarka da yapılmıştır. Aynı dönemde, bu makinelerin geliştirilmesi için Almanya da da önemli çalışmalar yapıldığı bilinmektedir. Rüzgâr kuvvet makineleri yerlerini yakıtlı kuvvet makinelerine bırakırken, rüzgâr enerjisi kullanımının sürmesi için yeni bir teknoloji de başlıyordu. Ancak 19uncu yüzyılda geliştirilen ilk rüzgâr türbinlerin verimleri düşüktü.
1961 yılında Roma da Birleşmiş Milletler yetkililerince düzenlenen Enerjinin Yeni Kaynakları Konferansı nda ele alınan üç kaynaktan biri rüzgâr enerjisi idi. Böylece çok eskiden bu yana tanınan rüzgâr enerjisi, teknolojik gelişmelerle ele alınıyor, yeni ve yenilenebilir kaynaklar arasına sokuluyordu. 1961-1966 yılları arasında Almanya da rotor çapı 35metre olan 100kW lık bir modelin geliştirilmesi üzerinde duruluyordu. 1970 lerde Danimarka daki Gedser türbini, gücü 650kW olan büyük türbinlerle değiştiriliyordu. Bu dönemde rüzgâr generatörleri üzerinde İsviçre, Avusturya ve İtalya da da teknolojik çalışmalar yapılmıştır. Amerika da 1970 lerde büyük tip yatay eksenli makineler üzerinde yeniden çalışılırken, dikey eksenli Darrieus tipi makineler üzerinde de çalışmalar başlatılmıştır. Ucuz petrol döneminde güncellik kazanamayan rüzgâr enerjisi,1974-1978 yılları arasındaki yapay petrol bunalımlarının ardından, gündeme daha çok girmiştir. Rüzgâr enerjisinin gelişimine, 1980 li yıllarda Uluslararası Enerji Ajansı eşgüdümünde yürütülen araştırma geliştirme çalışmalarının büyük payı olmuştur. Artık, eski tip rüzgâr generatörleri yerine modern ve çağdaş rüzgâr enerjisi çevrim sistemleri (WECS) kurulmaktadır. Ayrıca, rüzgâr türbini ile beraber, dizel motor ve güneş fotovoltaik generatörü içeren rüzgâr-dizel-pv melez ( hibrid ) sistemler de geliştirilmiştir. Bir tüketiciyi besleyecek tek makine yerine, birden çok türbin içeren rüzgâr çiftlikleri ile elektrik şebekeleri için üretim yapılır olmuştur. ABD, Danimarka, Hollanda, İngiltere ve İsveç in katkıları sonucunda, deniz üstünde, kıyıdan uzakta rüzgâr santralleri kurulmuştur. Günümüzde şamandıra üzerine yerleştirilen rüzgâr türbinleri de vardır. 3. RÜZGAR ENERJİSİNİN OLUMLU VE OLUMSUZ YÖNLERİ Hareket halindeki havanın gücünü yararlı enerjiye çeviren rüzgâr türbinlerinin kullanılması ilk kez M.S. 900 yıllarında İran'da başlamıştır. Daha sonra Hollanda'da rotor çapı 15-30 m, ve gücü 1-10 HP (horse power) olan Dutch tipi türbinler geliştirilmiştir. Değişik amaçlar için kullanılan bu türbinler oldukça başarılı olmuş ve Avrupa nın her tarafında yaygınlaşmıştır. {1HP (horse power)= 76 kgm/s=641 kcal/h=0.746kw = 1.01387 PS=550 lb ft/s} 1 Aynı dönemlerde Amerika'da birkaç sisteme rastlanmaktadır. Amerikan tipi türbinlerde başlangıçta kanat malzemesi olarak ağaç kullanılmıştır. 1890 1 Metrik beygir gücüne, <<chevap vapeur>> ve <<pferdesträke>> deniyor ve <<PS>> veya <<CV>> ile gösteriliyor.[17] yıllarından sonra çelik malzemeye geçilmiştir. 1950'li yıllarda, petrolün ucuz olması ve dizel generatörlerdeki gelişmeler nedeniyle rüzgâr generatörlerine olan ilgi azalmıştır. 1970'li yıllardaki petrol krizi, rüzgâr enerjisini yeniden gündeme getirmiştir. Yeni sistemler geliştirilmiş, birçok yeni üretici pazara katılmıştır. Rüzgâr; temiz, yenilenebilir, bedelsiz ve potansiyel bir kaynaktır. Rüzgâr enerjisinin bu olumlu özelliklerinin yanısıra, enerji ekonomisi ve teknolojisi açısından aşağıda sıralanan olumsuz yönlerinin de dikkate alınması gerekmektedir. Rüzgâr kaynağı değişkendir. Bu nedenle bir elektrik sisteminin girdisi, sadece ve sadece rüzgâr kaynağına dayandırılamaz. Büyük elektrik şebekelerinde enerjinin %20'sinin rüzgârdan karşılanması makul bir üst sınırdır. Bu sebeple rüzgârın hiç esmediği veya hızının enerji üretimi için yetersiz olduğu durgunluk dönemlerinde, gerekli enerjinin akümülatör, su pompalama, sıkıştırılmış hava vb. bir sistemle karşılanması veya elektrik şebekesi, dizel motorgeneratör grupları gibi bir kaynaktan sağlanması gerekmektedir. Küçük güçlerde rüzgâr türbininin çevirdiği bir doğru akım generatöründen elde edilen elektrik enerjisi ile bir akü sisteminin doldurulması ( şarj edilmesi ), rüzgâr kesildiğinde ise akülerde biriken elektrik enerjisinin kullanılabilmesi mümkün olabilmektedir. Akülerden elde edilen doğru akım halindeki elektrik enerjisi ile aydınlatma yapılabilmekte ve ev âletleri çalıştırılabilmektedir. Büyük güçlerde ise MW mertebesinde elde edilen enerjinin depolanması büyük sorun olmaktadır. Öncelikle elde edilen yüksek gerilimli (voltajlı), 50Hz veya 60Hz frekanslı alternatif akımlı elektrik enerjisinin, aküleri dolduracak şekilde geriliminin (voltajının) düşürülmesi ve doğru akıma dönüştürülmesi gerekmektedir. Ayrıca depolama için binlerce aküye ihtiyaç olacaktır. Daha sonra akülerde biriken doğru akım halindeki elektrik enerjisinin, rüzgâr kesildiği zamanlarda kullanılmak üzere, konvertörlerle alternatif akıma çevrilmesi ve geriliminin (voltajının) yükseltilmesi gerekir. Rüzgâr enerjisi çok daha verimli ve ekonomik olarak su pompajında kullanılabilmektedir. Su pompajı için en büyük sistemler, Avustralya'da üretilmiştir. Bunlardan bir kısmının çapı 10 metreden daha büyüktür. Bu rüzgâr türbinleri düşük rüzgâr hızlarında dahi oldukça büyük miktardaki suyu, 200 metreden daha yükseğe basabilmektedirler. Amerika ve İngiltere deki üreticiler, çapları 2-5 metre olan daha küçük sistemlere yönelmişlerdir. Fransa, Almanya ve Danimarka'da sulama amacına yönelik su depolayabilen, 1-2.5 metre rotor çapında, direkt rüzgârla çalışan pompalar üretilmektedir.
3.1.Rüzgâr Enerjisinin Üstünlükleri ve Sakıncaları : 3.1.1.Üst stünl nlükleri Atmosferi kirletici etkiye sahip gazların salınmaması, Temiz bir enerji kaynağı olması, Kaynağının tükenmemesi (güneş, dünya ve atmosfer olduğu 3.1.2.Sakıncalar 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, üstünlükleri arasındadır. ncaları Rüzgârın sürekliliği olmadığı için enerji üretim değerinin sabit olmaması, Rüzgâr türbinlerinin büyük yer kaplaması, Gürültü kirliliği oluşturması, Kişiye göre değişen, görsel kirlilik sorunu olabileceği, Fosil ve nükleer yakıtlardan elde edilen enerjiye oranla enerji üretiminin düşük olması, Radyo parazitleri oluşturabileceği, Göçmen kuşların ölümlerine yol açabileceği, Yatırım maliyetlerinin yüksek olması, Aküler gibi, kullanım ömrü dolan bileşenlerinin (parçalarının) doğada geri-dönüştürülmesinin mümkün olmaması, sakıncaları arasında sayılabilir. Şekil 2. de Yatay Eksenli Rüzgâr Değirmenleri ve kulenin montaj aşaması görülüyor. 4. RÜZGAR ENERJİSİ POTANSİYELİ Dünya çapında rüzgâr enerjisi potansiyeli çok büyüktür. Son meteorolojik verilere göre kıyılardaki rüzgâr enerjisi potansiyeli yıllık 19 500 TWh enerji birimi olarak tahmin edilmektedir. 2 Meteorolojik potansiyel içinde uygulama potansiyeli, büyüklük sıralamasında önem kazanmaktadır. 5.TÜRKİYE NİN RÜZGAR ENERJİSİ POTANSİYELİ Türkiye nin rüzgâr enerjisi potansiyeli, mevcut verilerdeki yetersizlik nedeniyle bugüne kadar güvenilir bir şekilde hesap edilememiştir. Ancak, Türkiye rüzgâr enerjisi bakımından zengin yöreleri bulunan bir ülkedir. Yerleşim bölgeleri dışında 10m yükseklikteki rüzgâr hızı yıllık ortalaması, Ege Bölgesi ve diğer kıyı bölgelerde 4.5-5.6 m/s, iç kesimlerde ise 3.4-4.6 m/s arasındadır. Öteyandan, 10 m yükseklikte yıllık ortalama rüzgâr hızı 4-5 m/s olan yörelerde, türbin kurulması açısından önemli olan 50-60m yükseklikteki güç yoğunluğu, 500 W/m 2 düzeyini aşmaktadır. Rüzgâr enerjisi potansiyelinin, enerji üretimi amacına yönelik olarak ayrıntılı olarak belirlenmesi gerekmektedir. Şekil 2. Yatay Eksenli Rüzgâr Değirmenleri ve kulenin montaj aşaması İlk adım olarak Türkiye DMİ Genel Müdürlüğü ne ait istasyonların 1970-1980 yılları arasındaki aylık rüzgâr hızı ve yönüne ait 10 yıllık veriler değerlendirilmiş ve Türkiye genelindeki doğal rüzgâr dağılımı Türkiye Rüzgâr Enerjisi Doğal Potansiyeli adı altında yayımlanmıştır. Bu çalışmadan alınan aşağıdaki çizelge ( Çizelge 1 ), yedi coğrafık yörenin ortalama rüzgâr enerji yoğunluğu ve rüzgâr hızlarını göstermektedir.rüzgâr enerjisi potansiyelinin enerji üretimi amacıyla belirlenmesi kapsamında EİE İdaresi Genel Müdürlüğünce Rüzgâr Enerjisi Gözlem İstasyonu Projesi başlatılmıştır. Proje kapsamında kurulan istasyonlarda, rüzgâr verilerini toplama çalışmaları sürdürülmektedir. Çizelge 1. de Türkiye de çeşitli yörelerindeki Ortalama Rüzgâr Güç Yoğunluğu ve Rüzgâr Hızları görülüyor. Türkiye de üç yıllık ortalama rüzgâr hızlarına göre, Kocadağ 8.5 m/s ile en yüksek ortalama rüzgâr hızına sahiptir. Bunu sırasıyla Gökçeada (6.83 m/s), Akhisar (6.78 m/s) ve Belen (6.5 m/s) izlemektedir. Kocadağ için yıllık rüzgâr güç yoğunluğu 1995 yılında 775 W/m 2 dir. Bu değerler Gökçeada, Akhisar ve Belen için; sırasıyla 457, 450 ve 343 W/m 2 dir. 2 T harfi tera demektir ve ondalık çarpanı 10 12 olup SI birimi üst katıdır.
Çizelge 1. Türkiye de çeşitli yörelerindeki Ortalama Rüzgâr Güç Yoğunluğu ve Rüzgâr Hızları YER Ortalama Güç Yoğunluğu (W/m 2 ) Ortalama Rüzgâr Hızı (m/s) ANTAKYA 108.9 4.4 BANDIRMA 152.6 5.0 ÇANAKKALE 71.2 3.8 ÇORLU 72.3 3.8 GÖKÇEADA 74.5 3.9 KUMKÖY 82 4.0 MARDİN 81.4 4.0 SİNOP 77.9 3.9 Bu arada ölçüm süresi tamamlanan Karabiga, Nurdağı, Şenköy, Karaburun ve Bandırma istasyonları sökülerek, bölge etüdleri sonucunda belirlenmiş olan Söke, Yalıkavak (Bodrum), Sinop, Eğirdir (İsparta) ve Foça ya kurulmuştur. Türkiye de üç yıllık ortalama rüzgâr hızlarına göre, Kocadağ 8.5 m/s ile en yüksek ortalama rüzgâr hızına sahiptir. Bunu sırasıyla Gökçeada (6.83 m/s), Akhisar (6.78 m/s) ve Belen (6.5 m/s) izlemektedir. Kocadağ için yıllık rüzgâr güç yoğunluğu 1995 yılında 775 W/m 2 dir. Bu değerler Gökçeada, Akhisar ve Belen için; sırasıyla 457, 450 ve 343 W/m 2 dir. Bugüne kadar yapılan çalışmaların sonucundan, Türkiye nin doğal rüzgâr potansiyeli hakkında bir fikir vermesi bakımından; Çanakkale Boğazı civarı, Bozcaada, Gökçeada, Sinop, İnebolu, Bozkurt, Samsun, Bandırma, Balıkesir, Çorlu, Edremit, Ayvalık, Dikili Bergama, Antakya, Anamur, Silifke, Mardin, Malatya, Erzurum, Seydişehir, Karaman ve Afyon yöreleri rüzgâr enerjisinden yararlanılabilir bölgelerdir. Kuzey Kıbrıs ın rüzgâr türbin çiftlikleri kurmaya elverişli yörelerindeki ortalama rüzgâr güç yoğunluğu ve rüzgâr hızları ve yönleriyle ilgili çalışmaların halen sürmekte olduğunu öğrenmiş bulunuyoruz. [18] 6. RÜZGAR ENERJİSİ VE ELEKTRİK ÜRETİMİ Rüzgâr enerjisi, dünyanın atmosferi tarafından kinetik enerjiye dönüştürülmüş güneş enerjisidir. Rüzgâr enerjisi, hareket halindeki havanın kinetik enerjisidir. Rüzgâr endüstrisinin 1980'lerde yeniden doğuşu, anlatılmamış bir başarının öyküsüdür. Amerika'da özendiriciler (teşvikler) ve vergi kredileri ile desteklenen ve mümkün olan bu gelişme 1980 ve 1990 yılları arasında rüzgâr türbinlerinin maliyetlerinin yüzde 80 azalmasına yolaçmıştır. 1989 yılında California Enerji Komisyonu; yatırım, yakıt ve işletme maliyetleri, santrallerin tüm ömür süresi için değerlendirildiğinde, rüzgâr enerjisinin tüm diğer geleneksel ( konvansiyonel ) güç kaynaklarından daha ucuz olduğu sonucuna varmıştır. 1989 yılında California'da bulunan rüzgâr santral grupları, San Fransisco kentinin bir yıllık ihtiyacına yetecek miktarda elektrik üretmiştir. Sanayi devriminin arkasındaki itici güç kömür ve yirminci yüzyılın yakıtı petrol iken, başta rüzgâr enerjisi olmak üzere, yenilenebilir enerji kaynaklarının gelişmesi kaçınılmaz olarak fosil yakıt çağının sonunu hazırlamaktadır. 7. RÜZGAR ENERJİSİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Gerçekçi ve güvenilir hesaplamalara dayalı olarak seçilmiş bir bölgeye kurulan rüzgâr türbini bir yıldan kısa sürede kendi imalatı için harcanan enerjiyi üretecektir. Türbinlerin ömrü ortalama 20 yıl olarak tahmin edildiğine göre, geriye 19 yıllık net bir üretim zamanı kalmaktadır. Dikkat edilmesi gereken diğer önemli bir nokta, rüzgâr çiftliği kurulduktan sonra yapılan harcamanın, sadece işletme ve bakım harcaması olmasıdır. Bu da son derece düşüktür. Şunu da eklemek gerekir ki gelişen teknoloji ve gerçekçi fizibilite çalışmaları sonucu, rüzgârdan elde edilen enerjinin maliyeti sürekli düşmektedir. 1980 yılında rüzgârdan elde edilen 1 kwh enerjinin maliyeti 30 cent iken, 1991' de bu değer 6 cent değerine düşmüştür. Bunun aksine diğer geleneksel ( konvansiyonel ) enerji kaynaklarında maliyetler her geçen gün artmaktadır. 8. TİPİK RÜZGAR ENERJİ ÇEVRİM VE DENETİM SİSTEMİNİN TANITIMI Önbilgiler : Düşük ve yüksek rüzgâr hızlarında rüzgâr türbin denetiminin tipik bir örneği aşağıda belirtilen sistemde görülebilecektir:
Rüzgâr enerji çevrim ve denetim sisteminin, rüzgâr hız oranı 8 m/s, mil gücü yaklaşık 5kW, üretimde iken rüzgâr kesim hızı 20 m/s dir. Sistem iki adet 6.3 m çaplı kanatlara, sabit titreşimli göbeğe sahip, rüzgâr alan rotordan ibarettir. Titreşim açısı rotor tarafından ± 10 dereceye çıkarılmaktadır. Değişken kanat mekanizması, kanat açı genişliğini -5 ile 75 arasında oluşturabilmektedir. Mil sürücü kısmı bükülmez (rijit) düşük hızlı milden, helisel dişli kutusundan, bağlantı elemanlarından ve DC generatörden oluşmaktadır. Burada bir tork (moment) transdüseri (İng. transducer ); düşük hızlı milde kullanılmaktadır. Transdüser; bir cins fiziksel büyüklüğü, başka cins bir fiziksel büyüklüğe dönüştüren düzeneklere denir. Tork (moment) ölçüm genişliği tipik 0-800 Nm arasındadır. Dişli kutusunun sabit dönüştürme oranı 14:1 olarak alınmaktadır. DC generatöre şönt bağlantı uygulanmıştır ve dışarıdan cebri soğutma yapılmaktadır. Generatör endüvisi; 28.8 W dirençli, 30 kw gücünde, direnç üzerinden soğutma fanı ile dolaysız (direkt) bağlantılıdır. Rüzgâr türbini ise bu örnekte 10 m boyunda yüksek bir kuleyle desteklenmiştir. SİSTEMDEKİ SERVOMOTORLAR Sistemde üç tip etkileyici (aktuatör) kullanılmıştır : 9.1- Kanat açı konum ( pozisyon ) servomotoru, 9.2- Yalpa ( İng. Yaw ) açı konum servomotoru, 9.3- Generatör alan denetleyicisi. Üç kanatlı yatay-eksenli büyük güçlü bir rüzgâr değirmeni şekilde görülüyor.( Şekil 3.) Kanat açı konumu servomotoru, 12 V DC tabanlı doğrusal (lineer) olarak çalıştırılmaktadır. Yalpa konum servomotoru 12 V DC tabanlı, 380 W sabit mıknatıslı dişli motordan oluşmaktadır. DC generatör manyetik alan denetleyicisi, PWM (Pulse Width Modulation = Darbe Genişlik Modülasyonu) kıyıcıya ( chopper) sahiptir. Kıyıcı ( Chopper ) devresine, giriş gerilimi 560 V DC iken, çıkış modülasyon yanıtsama ( İng. response) aralığı 0-560 V DC genişliğindedir. İncelenen sistemde, veri (data) çözümleri bir mikrobilgisayar ile ana denetim merkezinden yapılabilmektedir. Sistem değişkenleri şunlardır : a- Rüzgâr hızı, b- Rüzgâr kuvveti, c- Kanat gövde ve merkezi kasılmalar, d- Rotor azimut açısı, e- Generatör endüvi gerilimi ve akımı, f-titreşim. Öteyandan, rüzgâr enerji sistemi denetleme değişkenleri ölçülmekte ve kaydedilmektedir. Bu denetleme değişkenleri aşağıda belirtilmektedir. Şekil 3. Üç kanatlı yatay-eksenli büyük güçlü bir rüzgâr değirmeni 6. Kanat açısı, b- Rotor hızı, c- Rotor momenti, d- Yalpa konumu, e-elektrik gücü. 9. RÜZGAR ENERJİSİNİN YARARLARI Rüzgâr enerjisi, hem fosil yakıtların kullanımını azaltmakta ve hem de buna bağlı olarak kirliliğin yayılmasını azaltmaktadır. 19uncu yüzyılın başlarından bu yana CO2 gazının atmosferik yoğunluğu ( konsantrasyonu ), büyük miktarda fosil yakıt tüketimine bağlı olarak %25 artmıştır. Mevcut eğilimlere ( trendlere ) göre de sanayi öncesi bu seviyenin gelecek yüzyıl ortalarında ikiye katlanacağı tahmin edilmektedir. CO2 gazı yoğunluğundaki gelişmelerin büyük oranda sera etkisi ( İng. greenhouse effect ) yapacağı bugün bir çok meteorolojist tarafından vurgulanmaktadır. Bununla beraber, SO2 gazı yayılması da çevreyi aynı ciddilikte olumsuz yönde etkileyecektir. Çünkü asit yağmurlarına yol açmaktadırlar. Rüzgâr türbinleri teknolojisine geçiş, belirgin sosyal ve ekonomik faydalar sağlayacaktır. Bu faydalardan bir kısmı ülke çapında; (ithal yakıt bağımlılığının azaltılması ve imalat sektöründe yeni iş alanı olanaklarının artırılması gibi) ve diğerleri ise; projenin tesisi ve işletmesi süresince, gerekli iş gücü imkanının yaratılması, sabit iş gücü kadrolarının oluşturulması (kurulu gücün her 3/5 MW miktarı için yaklaşık bir kadro) tesisin işletme ve bakımı için yansanayinin oluşması, yörede nüfus artacağından kiralardan ve yerel vergilerden oluşan bir finansmanın (yaklaşık 1000 sterling / türbin / yıl) yöreye enjeksiyonu gibi, yöresel çapta olacaktır. Diğer daha az kayda değer etkileri ise örneğin; bazı üreticiler, imal ettikleri rüzgâr türbinlerinin taşra okul veya kolejlerinde kullanılmak
üzere, ilgi çektiğini tespit etmişlerdir. Bazıları ise tesis ettikleri veya planladıkları tesislerin, insanlarca ilgi odağı haline gelmesi sonucu, danışma (enformasyon) merkezleri oluşturmuşlardır. Bunun sonucu olarak da yalnızca iş-gücü artışı olmayıp turistik alt yapının gelişmesine de yardımcı olmaktadırlar. Bazen de bu tür gelişmeler, örneğin tesislerin ana yollara bağlantı yolları, televizyon yükselticileri veya yansıtıcıları, çevre görüntü ve bitki yapısındaki değişiklikler, yerel toplum üzerinde dolaylı etki yaratabilmektedir, Yerel yatırım projeleri, buralarda yaşayan toplulukların, bunlarla fazlasıyla ilgilendiklerini ve gerçekleştirdiklerini göstermektedir. Bu tür projeler Danimarka'da çok yaygındır. Ayrıca rüzgâr enerjisi projelerindeki gelişmeler, bulundukları yöre halkına belirgin bir gelir artışı sağlamaktadır. 10. YENİLENEBİLİR ENERJİNİN STANDART EKONOMİK HESAPLAMALARDA GÖRÜNMEYEN YARARLARI 10.1. Sosyal Ve Ekonomik Gelişme Yenilenebilir enerji üretimi, özellikle de biyokütle, ekonomik gelişme ve istihdam olanakları sağlar. Bu da özellikle ekonomik büyüme fırsatı sınırlı olan kırsal bölgelerde geçerlidir. Yenilenebilir enerji böylece, kırsal bölgelerdeki fakirliği ve kentsel göç baskılarını azaltmaya yardımcı olur. 10.2. Daha Az Hava Kirliliği Rüzgâr Enerjisi kullanımı, genel hava kirliliğini azaltacaktır. 10.3. Küresel Isınmanın Azaltılması Yenilenebilir enerji kullanımı, küresel ısınmaya katkısı olan karbondioksit ve diğer sera gaz emisyonlarından hiçbirini üretmez.. 10.4. Nükleer Silahların Yayılma Riskini Azaltma Rekabet edebilir özellikteki yenilenebilir kaynaklar, nükleer endüstriyi destekleyen dünya çapında dev bir alt yapı inşa etmeye yönelik çabaları azaltabilir. Böylelikle nükleer silah üretimine yöneltilebilecek plütonyum ve diğer nükleer maddelerin üretimi, taşınması ve depolanmasındaki büyük artışları engelleyebilir. 11. RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN ÇEVRESEL ETKİLERİ Rüzgâr enerjisi temiz, çevreyle uyumlu ve elektrik üretiminde ekonomik olarak uygulanabilir bir enerji türüdür. Asit yağmuru, sera etkisi gibi küresel ( global) ve çevresel problemler üzerindeki ciddi endişeler yenilenebilir kaynakların yararlarını artırmaktadır. Rüzgâr gücünün kullanımı ne fosil yakıt tüketir, ve ne de atmosferik kirlilik veya ürünleri ile tehlike yaratır. Bununla birlikte endüstri büyüdüğü ve daha büyük ve daha çok sayıda rüzgâr türbini çiftliği önerildiği için bölgesel ve çevresel etkiler üzerindeki endişeler daha çok artmaktadır. 11.1. Güvenlik Tehlikeleri Bütün elektrik üretim tesisleri gibi rüzgâr türbinleri de can ve mal güvenliği açısından risk unsuru taşımaktadır. Güvenlik riskleri, süratle dönen pervaneden; kanat kopması veya kanat parçalanması sonucu etrafa fırlamalardır. Bazı çok özel hava koşullarında, kanatların üzerinde oluşan buzlar da dönmenin etkisiyle çevreye saçılarak risk oluşturabilirler. Tasarımın iyi olmaması, uygun olmayan inşaat koşulları, bakımsızlık, metal yorgunluğu veya fırtınalar gibi birçok faktör de rüzgâr türbinlerinin hasarlaşmasına ve devre dışı kalmasına yolaçabilir. Bu faktörlerden birçoğu uluslararası standartlara uygun tasarımların yapılması ve bakımların sağlanması ile önemli ölçüde giderilebilir. Diğerlerinde ise iş-güvenliği ve işçi sağlığı hakkındaki mevzuat ve kurallara azami uyarak riski enaza indirmek mümkündür. Bazı çalışmalar 40 m/s rüzgâr altında aşırı hızla dönmekte olan bir türbinden koparak fırlayan kanat parçasının en fazla 700 metre uzaklığa düştüğünü göstermektedir. Bu aşırı şartlarda bile vurulma olasılığı, türbine 210metre uzaklıkta olma durumu gözönüne alınarak ve yıldırım çarpması olasılığı ile de mukayese edilerek, 10 milyonda bir olarak bulunmuştur. 210 metreden uzaklarda bu risk çok daha küçüktür. Bir türbinin normalde rüzgâr hızı 25 m/s' nin üzerinde olduğu şartlarda çalıştırılmaması gerektiği noktasından bakıldığında, yukarıda belirtilen aşırı senaryonun oluşması ihtimali, yok denecek kadar çok azdır. Danimarka'da türbinlerin yerleşim yerlerinden, yollardan ve evlerden 90 metre artı rotor çapının 2.7 katından daha yakın mesafelere tesis edilmesine izin verilmemektedir. Hollanda'da bu kurallar daha yumuşak olup örneğin 300 kw' lık bir türbinin yerleşim yerine en az 120 metre ve yollara da 20-75 metre uzaklıkta olması öngörülmektedir. Dikkatli yerleştirme, güvenli makine tasarımı, montaj ve işletme pratikleri birçok olumsuz güvenlik etkilerini azaltacak veya ortadan kaldıracaktır. Fakat daha önemlisi türbin üretimi esnasındaki sıkı ve etkin denetimlerdir. Bu denetimlerle insanların ve evlerin zarar görmesi engellenmiştir. 11.2. Görüntü ve Estetik Etki Rüzgâr çiftliklerinin veya parklarının en çok tartışılan çevresel etkisi, türbinlerin görsel kirlilik ve türbinleri çevreleyen manzara üzerine etkisidir. Rüzgâr türbinlerinin, uyumlu ve ergonomik yerleştirilmesi, bu nedenle büyük önem taşımaktadır. Görsel durum veya manzara etkisi, arazi yapısına, türbin adedi ve tipine; türbinlerin sıralanış
şekline, rengine ve kanat adedine göre değişik olarak algılanmaktadır. Bununla beraber türbin boyutunun daha az önem taşıdığı gözlenmektedir. Rüzgâr türbinlerinin görsel etkisi, özellikle doğal güzellik, kültürel açıdan değerli ve yoğun nüfuslu alanlar veya ülkeler için planlama yasaklarına neden olabilmektedir. Rüzgâr çiftliğini, insanların algılaması sadece manzaranın fiziksel parametreleri tarafından değil, aynı zamanda onların daha geniş sosyolojik seviyedeki gelişmelere olan tavırlarına da bağlıdır. Bu konuda pek çok çalışma yürütülmektedir. Hollanda'da Leiden Üniversitesi tarafından yapılmış bir çalışma rüzgâr türbinlerinin sayısının artarken manzaraya halkın beğenisinin azaldığını ancak rüzgâr türbinlerinin büyüklüğünün, beğeni üzerinde daha az etkili olduğunu göstermiştir. Türbinlerin dikdörtgen yerine, tek sıra olarak yerleştirilmesi yönünde de bir tercih vardır. Bununla birlikte rüzgâr çiftliklerinin tasarımı, olumsuz görsel etkiyi minimize edecek şekilde ayarlanabilir. Gözönüne alınan faktörler; dikkatli yerleştirme, uygun renk seçimi ve ergonomik türbin tasarımını içermelidir... 11.3. Parıltı Etkisi Görsel etkisinin özel bir durumudur. Güneşin doğuşu ve batışı esnasında, rüzgâr türbinlerinin dönmekte olan kanatlarının gölge oynamasına, gölge titreşimine yolaçabilir. Aynı şekilde cilâlı kanatlara gelen güneş ışığı da civara yansıyarak parıltı etkisi yaratabilir. Bu da türbin civarında yaşayan insanları rahatsız edebilir. Rahatsızlık seviyesinin belirlenmesinde, dönüş frekansı önemli bir rol oynar. Bununla birlikte bu etki her bir ay için, gölgenin saatlik konumunun hesaplanması ile kolayca tahmin edilebilir. Bu problemi çözmenin bir yolu, türbini bu süre zarfında çalıştırmamaktır. Tercih edilen diğer yöntem ise türbinlerin tesisinde yer seçimlerinin isabetli yapılmasıdır. Parıltı problemi de ya kanatların ışık yansıtmayacak şekilde imal edilmeleri veya cilasız kanat kullanılması yada titreşim olayında olduğu gibi yer seçiminin isabetli yapılması ile giderilebilir. 11.4. Gürültü Etkisi Ses, insan kulağının sezebildiği basınç değişmeleridir. Gürültü ise "istenmeyen ses" olarak tanımlanır. Bu bağlamda, rüzgâr türbinleri ve sistemi tarafından üretilen işitilebilir ses (f= 16 Hz ile f=20 khz arasındaki ) ve kulağın işitebileceği sesin altında olan (f<16 Hz ) seslerin etkileri ile ilgilenilmektedir. Rüzgâr türbinlerinden yayılan gürültü iki kaynaktan üretilir ve her biri insan kulağını farklı bir şekilde etkiler. Birincisi aerodinamik ya da geniş bant gürültüsü, makinenin kanatları üzerinden hava geçerken oluşur. İkincisi tonal veya tek frekans gürültüsüdür ve dişli kutusu ve generatör gibi dönen mekanik ve elektriksel elemanlar tarafından oluşturulur. İlk gürültü tipi ritmik hışırtı sesidir. Bu, genellikle gürültü ölçümü yapıldığında daha yüksek olandır. İkinci gürültü kaynağının yüksek dereceli vınlamasından daha az şikayet nedenidir. Analizler, 20 metreye kadar türbinler için mekanik bileşenin baskın olduğunu göstermektedir. Oysa daha büyük çaplı türbinler için, aerodinamik bileşen daha önemlidir. Aerodinamik gürültü, hava içinde devinen kanatların hızına yani rotorun dönüş hızına bağlı olarak artar. Doğal seslere nazaran oluşan yeni ses kaynakları, sesin perdeşimine ( İng. pitch), gürlüğüne (İng. loudness), kişilerin aktiviteleri ile toleransına, o yöredeki egemen meteorolojik şartlara ve gürültü frekans dağılımına bağlı olarak önem kazanabilir. Doğal seslerin gürlük seviyeleri önemlidir. Mekanik gürültü özel dişliler, dönen parçaların ses emici malzeme ile kaplaması ve akustik kılıflar kullanılması gibi birçok standart tekniklerin kullanılması ile azaltılabilir. Optimum kanat tasarımı ile kanat uç şekli ve kuyruk kenar kalınlığının minimum aerodinamik gürültü üretecek şekilde tasarlanmalarını sağlayabilmek için geliştirme çalışmaları sürdürülmektedir. Görsel etki gibi gürültü sorunu da, bir dereceye kadar kişiye de bağlı bir unsurdur. Endüstriyel bir bölgede kabul edilen sınır kırsal alanda kabul edilmeyebilir. Gündüz kabul edilen sınır, gece kabul edilmeyebilir. Bireyin gürültü kabul etme düzeyi (seviyesi) onun rüzgâr türbini çiftliklerine olan genel tavrına da bağlı olacaktır. Görsel rahatsızlıklar sonucunda şimdiden olumsuz duygulara sahip olan yöre sakinleri, gürültüden rüzgâr türbini çiftliğinin bir avantaj olduğunu düşünenlere göre muhtemelen daha çok rahatsız olacaktır. Gürültü etkisi topoğrafik ve yerleşim yakınındaki yerlere göre rüzgâr türbinlerinin dikkatli yerleştirilmesi ile kolayca azaltılabilir. Aşağıdaki yol gösterici kurallar İsveç gibi ülkelerde sağlanmaktadır: 45 db (A) açık arazide en yakın evde. 40 db (A) kent veya banliyölerde en yakın yerleşme biriminde. 45 db (A) rüzgâr türbininden 400 metre uzaklıkta. İngiltere'de ise geçici olarak üreticilerin hedefi, en yakın yerleşim yerindeki gürültü seviyesini 45 dba ile sınırlamaktır. Rüzgâr türbin teknolojisinin mevcut durumuna göre bu kriter en yakın yerleşim yerinden 350m uzaklıkta bulunan türbinler tarafından kolayca yerine getirilmektedir
Gürültü problemi, Hollanda gibi özellikle yoğun nüfuslu bölgelerde oldukça belirgin olmaktadır. Bu nedenle, Hollanda Hükümeti Çevre Bakanlığı sessiz türbinlerin tesisi için hibe vermektedir. 11.5. Arazi Kullanımı Rüzgâr türbini çiftlikleri iki yönlü arazi kullanımına uygundur. Rüzgâr enerjisi dağınıktır ve geniş bir alana yayılmış türbinlerin ürettiği enerjinin toplamıdır. Bununla birlikte bir rüzgâr türbini çiftliğinin kapladığı arazinin %90'ı tarımsal amaçlar için kullanılabilir. Modern bir rüzgâr türbini çiftliği örneğin Danimarka da belirli bir yörede ; 29 adet 225 kw' lık makine, arazinin sadece %l' ini kaplamaktadır. Daha ötesi rüzgâr türbini çiftliğinin giriş yolları, gereği gibi planlanlanmışsa çiftçiler tarafından dezavantaj yerine avantaj olarak görülür. Genellikle, rüzgâr gücünün servis yolları dahil GWh başına sadece 1335 m 2 araziye ihtiyaç duyduğu belirtilmektedir. Bu rakam kömür için 3642 m 2, solar ısısal (termal) sistemler için 3561 m 2 ve fotovoltaik (photovoltaic) için 3237 m 2 dir. 11.6. Arkeolojik Etkiler Yüksek ve kesintisiz rüzgâr hızları ihtiyacı nedeniyle, rüzgâr türbini çiftlikleri genellikle büyük ölçekli değişimlerin çok az olduğu kırsal yörelerde kurulur. Bu yöreler çoğunlukla arkeolojik kalıntı kaynağı olabilir. Bu kalıntılar bölgenin kültürel varlığı ve insanın çevresidir. Eğer bölgede fiziksel bir koruma mümkün değilse, kalıntıları korumak amacıyla arkeolojik kazıların yapılması kabul edilebilir. 11.7. Ekolojik Etki, Enerji Kullanımı Ve Emisyonlar Küresel anlamda bir rüzgâr türbininin üretim ve tesisinin olduğu kadar, türbinini inşa etmek için kullanılan çelik, beton vb. malzemeleri üretmek için de enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji yatırımı türbinin ömrü esnasında geri ödenmelidir: Enerji analizleri rüzgâr türbinlerinin enerji geri-ödeme sürelerinin birkaç aydan birkaç yıla kadar değiştiğini göstermektedir. Hollanda'da Groningen Üniversitesi tarafından yürütülen bir çalışma daha büyük rüzgâr türbinlerinin, daha kısa geri-ödeme süresine sahip olduğunu göstermiştir. 10 kw' lık bir rüzgâr türbininin enerji geri-ödeme süresi 0.5 ile 1,5 yıl arasında değişir. Oysa 500 kw' lık bir rüzgâr türbini için bu süre 2-3 aydır. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems tarafından yapılan bir çalışmada rüzgâr türbinleri için enerji geri-ödeme süresi yaklaşık bir yıl olarak tahmin edilmektedir. Kömür yerine rüzgâr enerjisinden 1 kw' lık güç üretimi 1 kg' lık CO2 emisyonunu engeller. Böylece 30 türbinlik bir rüzgâr türbini çiftliği ömrü boyunca yaklaşık 30000 ton CO2 emisyonunu telâfi eder. CO2 küresel yayılımı bu on yılın sonuna kadar 160-170 milyon ton düzeyinde tutulacaktır. Bu en temel sera gazlarından biri için önemli miktardaki azalmayı gösterir. Rüzgârdan enerji üretimi aynı zamanda kömür ve petrol yanması sonucunda oluşan ve asit yağmurları şeklinde göllerde, nehirlerde ve ormanlarda tahribata neden olan sülfür ve nitrojen bileşiklerinin yayılımını (intişarını) da önler. 11.8. Rüzgâr Enerjisinin Yan-Etkileri Bölgesel seviyede rüzgâr türbinlerinin özellikle kuş yaşamı ve yurtlarının tahribine sebep olduğu konusunda endişeler vardır. Kuşlar ve onların bölgeleri, dünyadaki yaşamın çeşitliliği, biyolojik değişkenliğin hayati parçasıdır. Kömür, petrol ve gaz gibi konvansiyonel enerji kaynaklarından oluşan emisyonlar, asit yağmurlarına ve sera etkisine yolaçmaktadır. Bunların her ikisi de kuşları ve onların çevrelerini tehdit etmektedir. Rüzgâr türbinlerinin işletimi kuşlara zarar verebilir. Daha ziyade göçmen kuşlar, yarasalar ve yırtıcı kuşlar zarar görmektedir. Bu zarar kule veya kanatlarla çarpışma sonucu kuşların ölmesi veya türbinler çevresindeki kuş dinlenme veya beslenme yerlerinin bozulması olarak iki şekildedir. "Research Institute of Nature Management" (RlNM) Hollanda nın Urk bölgesindeki 7.5 MW' lık (300 kw' lık 25 türbin, 1 sıra) rüzgâr çiftliğinin etkileri üzerinde yaptığı bir çalışmada günde ortalama 0.1-1.2 kuş ölüsünün beklenebileceği ayrıca rüzgâr çiftliğinin her km' sindeki kuş ölümlerinin yüksek gerilim hattının, her km' sinde ölenlerden 10 kat daha küçük olduğunu ve bunun 1 km' lik karayolu ile de karşılaştırılabilir olduğu sonucuna varılmıştır. Danimarka'da Onüs Consult tarafından verilen bir raporda orta ve küçük ölçekli rüzgâr güç santrallerinin gözlenmesine dayanılarak, kuşların rüzgâr türbinlerinden ciddi olarak etkilenmedikleri sonucuna varılmıştır. Kuşlar rüzgâr türbinlerine ve onların etrafında uçmaya alışıyor görünmektedir. Ancak, İspanya'nın Tarifa bölgesindeki rüzgâr türbini çiftliklerinde, kuş ölümleri bu konuya ilgiyi artırmıştır. Avrupa'nın en büyük türbin gruplarının bulunduğu yer olan güney Tarifa bölgesi aynı zamanda yüz binlerce kuşun Afrika'ya giderken kullandığı göç yolu üzerindedir. Sadece kuşlar için değil, diğer bitki ve hayvan türlerinin ve onların su sistemlerinin karmaşık ( kompleks ) yapısının bozulacağı veya harap olacağı konusunda da endişeler vardır. Her bir bölgenin ekolojik durumu, rüzgâr çiftliği gelişiminden olumsuz etkilenir. Bu nedenle örneğin Danimarka, Hollanda ve Yunanistan Hükümetleri rüzgâr çiftliklerini, çevresel olarak hassas bölgelerin dışına
kurmaya çalışmaktadır. İngiltere de RSBP (Royal Society for the Protection of Birds) vahşi yaşam ve ulusal ve uluslararası önemli bölgeleri etkileyecek durumdaki yenilenebilir enerji tekliflerine izin verilmemesini düşünmektedir. Aşağıdaki konularda daha ayrıntılı araştırma yapılmalıdır. Göç yolları üzerindeki rüzgâr türbinleri Büyük rüzgâr türbinlerinin etkisi (1 MW ve yukarısı) Kuşların yoğun olarak beslendiği, ürediği dinlendiği bölgelerdeki rüzgâr türbinleri. veya 11.9. Dönen Yapıların Oluşturduğu Elektromagnetik Girişimleme Büyük çıkıntılı bir yapı özellikle önemli miktarda metal içeriyorsa, bunlar Radyo, TV yayınları, İletişim Linkleri gibi elektromagnetik sinyallerde girişimlemeye (interferans ; radyo paraziti. İng. interference) yolaçmaktadır. Rüzgâr enerji dönüşüm sistemlerinin dönen kanatları; radyo, televizyon, uydu servisleri, radarlar gibi elektromagnetik iletişim cihazlarının kullanımında girişimlemeye ( interferansa veya radyo parazitlerine ) yolaçabilir. İngilizce deki interference terimine girişim den ziyade girişimleme demeyi tercih ettim. Çünkü girişim kelimesinin çok yaygın olarak teşebbüs, insiyatif gibi çok farklı anlamları da vardır.en azından kavram kargaşası yaratmayı engellemek için, girişimleme terimini kullanmayı tercih ettim. Rüzgâr türbininin dönen kanatları tarafından üretilen en önemli girişimleme etkisi, genlik modülasyonlu girişimleme sinyalidir. Fakat aynı zamanda, Doppler etkisi de vardır. Rüzgâr türbinlerinin radyo yayınlarına yaptığı elektromanyetik girişimlemede ( parazit oluşturmada) birçok parametre etkilidir. Radyo yayınlarının girişimlemeye sezginliğini ( hassasiyetini ) etkileyen başlıca parametreler; sezgin ( hassas ) radyo sisteminin frekansı, anten özellikleri, rüzgâr enerji sistemine göre olan konumları ve modülasyon şeklidir. Rüzgâr türbin parametreleri ise; makinenin türü (yatay ya da düşey eksenli olması) dönme hızı, kanatların çapı ve sayısı, biçimleri, yapıldıkları malzemenin elektromanyetik özellikleri, kulenin tipi ve yüksekliğidir. Rüzgâr türbinleri, TV, havaalanı iletişim sistemleri (VOR, ILS LORAN), uçak radar sistemleri, deniz iletişim sistemleri (SOLAS), mikrodalga linklerinde elektromagnetik girişimlemeye (İng. interference) neden olabilir. Pervane çapı 30 metreden büyük olan rüzgâr enerji türbin sistemlerinin, bu sistemlere yakın bölgelerdeki TV alıcılarında görüntü bozulmasına (distorsiyona ) yolaçan yansıyan girişimleme sinyalleri ürettiği belirlenmiştir. Bu tip girişimleme televizyon ekranında; karlanma ( İng. snowing ) arızasına ve ayrıca gri yatay bantların düşey hareketine yolaçmaktadır. Yansıtıcıları uygun yerlere yerleştirerek ve bunların sayısını artırarak, bu gibi sorunların çözümü mümkün olmaktadır. Şu anda uluslararası antlaşmalar ve Federal Havacılık Ajansının yönetmelikleri bir VOR istasyonuna 1km mesafede rüzgâr türbini yerleştirilmesine izin vermemektedir. Mesafe türbin büyüdükçe artmaktadır. Danimarka PTT'si, frekans kaymalı anahtarlamalı modülasyon ile 7.4 GHz - 8 Mbit/s veri aralığında çalışan mikrodalga linklerinde önemli girişimleme sorunları belirledi. Belirlenen sorunlar, linkler için geçerli olan uluslararası sınırların üzerindeydi. Örneğin mikrodalga linklerinde Hollanda PTT'si minimum 65 db büyüklüğünde bir girişimleme taşıyıcısına izin verir. Elektromanyetik görünge ( spektrum ), insanlığın en sınırlı ve değerli kaynaklarından biridir. Çok sayıda radyo yayınının girişimlemeye uğramayarak, başarılı bir şekilde çalışması bu kaynağın yıllardan beri dikkatle yönetilip kullanılmasından kaynaklanmıştır. Bununla birlikte rüzgâr türbini kullanan bir topluluğun, bu türbinin mevcut elektromanyetik çevreye uyumla yerleştirilmesi konusunda rehberliğe ihtiyacı olduğu bilinmektedir. Özellikle hem türbinler, hem de radyo tesislerinin kurulması için elverişli olan tepelik yerlerde sorun ortaya çıkmaktadır. Mevcut veya kurulması planlanan rüzgâr türbinlerinin girişimleme etkisine karşı alınması gereken önlemler şunlardır 1) Planlanan rüzgâr enerji tesisleri çevresinde, mevcut ya da yapılması düşünülen radyo yayınlarını saptamak. 2) Rüzgâr türbini tarafından oluşan elektromanyetik girişimleme riski altında bulunan radyo yayınlarının saptanması. 3) Risk altında bulunan radyo yayınlarının da planlanan rüzgâr türbinlerinin etkisinin belirlenmesi. 11.10. Otoyollar Rüzgâr türbinlerinin otoyollardaki sürücülerin dikkatlerini dağıttığı gibi görüşler ortaya atılmaktadır. Ancak bugüne kadar sürücülerin dikkatinin, rüzgâr türbini tarafından bozularak kazaya yolaçıldığına dair bir delile rastlanmamıştır. Esasen
Danimarka ve Hollanda'daki sürücüler son on yılda tesis edilen binlerce türbine aşina olmuşlardır ve türbin adedinin artmasıyla bu aşinalık genelleşecek ve bu risk olasılığı da azalacaktır. Rüzgâr türbinleri yakınında tesis edilmekte olan yollarda, tesis süresince türbinlerin etkilerinin olduğu aşikârdır. Türbinlerin büyük parçalarının güvenli taşınmasını sağlamak için bazı durumlarda yol kalite ve/veya seviyesinin artırılması da gerekebilmektedir. Etüt ve proje safhalarında, yerel yönetimlerle yapılacak sıkı işbirliği ile bu tür problemler, normal olarak ortaya çıkmayabilir. Rüzgâr türbinleri için yapılan bağlantı yolları, arazi sahiplerine de ulaşım rahatlığı ve hatta bölgenin inkişafını sağladığı için olumlu karşılanmaktadır. 11.11. Bitki Örtüsü Etkisi Rüzgâr türbinlerinin tesisi aşamasında giriş ve bağlantı yolları, malzeme nakli gerekmektedir. Dolayısıyla, özellikle tesis aşamasında doğanın (bitki örtüsü ve hayvanların) tahrip olması kaçınılmazdır. Fakat planlama aşamasında önceden yapılan araştırma ve etütlerle, hassas bölgelerin harabiyeti önlenebilir veya enaz tahribatla geçiştirilmesi için gerekli önlemler alınabilir. Örneğin bir projede tesis planlayıcısı kırsal alandaki tahribiyeti enaza indirmek için çok sayıda küçük güçlü türbin yapacağı yerde, az sayıda büyük güçlü türbin seçimi yapmıştır. 11.12. Vardamalar ( İng. Conclusions ) Site analizleri, genellikle çevresel etki değerlendirme şeklinde ele alınır. Bu teknik ABD'de geliştirilmiş ve şu anda Avrupa'da uygulanmaktadır. Etüt yöntemi, site analizleri ve önerilen girişim, herhangi bir potansiyel çevresel çalışmanın tanımlanmasına yolaçar. Bu yolla rüzgâr çiftlik gelişimi hassas bir şekilde oluşturulabilir ve çevreye uyumlu ve pozitif bir endüstri olması sağlanabilir. 12. RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN EKONOMİK YÖNLERİ Rüzgâr enerjisi nin de haliyle belirli bir maliyeti vardır. Amortisman süresi 25 yıl olan türbinin ABD de iç piyasa fiyatı en az 750$/kW dir. Ancak Avrupa, ve dünya piyasasındaki modern rüzgâr türbinlerinin fiyatı 1400 $/kw a kadar çıkmaktadır. Bu enerji kullanımının gelişebilmesi için, bu miktarın 1000 $/kw düzeyine indirilmesi gerekmektedir. Rüzgâr elektriğinin maliyeti ABD de 5 cent/kwh ın altına ve 3,9 cent/kwh düzeyine düşürülmüşken, Avrupa da çoğunlukla 0.05-0.065 (=ECU) /kwh kadardır. ABD koşullarına göre, rüzgârdan elektrik üretim maliyeti kombine gaz santralleri ve jeotermal santraller ile rekabet edebilmektedir. Rüzgâr elektriğinin maliyeti güneş elektriğinin %38-66 sıdır. İngiltere de rüzgâr elektriğinin birim maliyeti gaz santrallarında üretilenin 1.4 katı, nükleer santrallarda üretilenin % 52 si, yeni kömür santralarında üretilenin ise %71 i kadardır. Rüzgâr enerjisi dışalıma dayanmadığından, alışılmış kaynaklardan pahalı da olsa, ulusal ekonomi açısından kazançtır. Kaldı ki, alışılmış kaynaklarla, ekonomik olarak rekabet edebilir boyutlara ulaşmıştır. Dünya türbin pazarı 2000 MW/yıl düzeyine ulaştığında, birim kurulu güç maliyetinin 750 $/kw ın altına düşmesi beklendiğinden, rekabet daha artacaktır. Rüzgâr enerjisinin ulusal ekonomiye katkısı, yalnızca enerji dışalımını azaltması ve klasik santrallarla rekabet edebilir olması değildir. Ayrıca yeni iş alanları ile istihdam olanağı yaratmaktır. Rüzgâr teknolojisi gelişmiş olan Danimarka da rüzgâr endüstrisinde 12 000 kişi çalışmaktadır. Rüzgâr enerjisinin üretim maliyeti aşağıdaki parametreler tarafından belirlenmektedir: Rüzgâr türbini sisteminin ilk yatırım maliyeti; 7 dolar / m 2 ( taranan pervane yüzölçümü ) olarak ifade edilir. Proje hazırlama maliyeti ve altyapı maliyeti; her ikisi birlikte anahtar teslim proje maliyetini oluşturmaktadır. - Sistem verimi; - Ortalama yerel rüzgâr hızı; - Hazır bulunma; - Teknik ömür. Bu parametrelerin bazıları, üreticilerin verilerinden, bağımsız ölçümlerden ve gözlem çalışmalarından belirlenmektedir. 750 kw' a kadarki rüzgâr türbinleri ticari kabul edilmektedir. Aktarılan rakamlar bunlara aittir. MW cinsinden türbinler geliştirme aşamasında olup deneysel tesisler ve prototipler halindedirler. Bazı önemli rakamlar şöyledir: *Avrupa rüzgâr türbinlerinin maliyeti tipik olarak 380 (=ECU) /m 2 'dir. (Temel hariç makine fiyatı). *Proje hazırlama maliyeti ağırlıklı olarak toprağın, yolların durumuna, elektrik alt-istasyonlarının hazır bulunmasına, vb. bağlıdır. *Anahtar teslim maliyeti 420 (=ECU) /m 2 ile 600 (=ECU) /m 2 arasında değişir. Geleceğe yönelik tahminler, maliyetin 2030 yılına kadar % 25 azaltılabileceğini gösteriyor. *Bir rüzgâr türbininin yıllık enerji çıktısı (kwh) olarak aşağıdaki biçimde hesaplanabilir: E= bv 3 kwh/m 2
Burada b, başarım ( performans ) çarpanı ( faktörü) ; E yıllık enerji çıktısı (kwh); V ise (m/s) biriminde, pervane merkezindeki ortalama rüzgâr hızıdır. Çarpan b ise, rüzgâr türbininin sistem verimliliğine ve rüzgâr hızlarının istatistiksel dağılımına bağlı olan bir katsayıdır. Bazı iklim bölgelerinde, rüzgâr hızlarının istatistiksel dağılımı düzenli kabul edilebilir. Belli bir rüzgâr iklimi ve rüzgâr türbini kurulu gücü, pervane tarama yüzölçümü ve ortalama yerel rüzgâr hızının uygun bir bileşimi veri olarak alındığında, b çarpanı (katsayısı) sistem başarımını belirlemekte kullanılabilir. Avrupa'nın kıyı iklimlerinde modern rüzgâr türbinleri için b=3.15 değeri alınır ve bu değer de teorik maksimumdan çok farklı değildir. İlke olarak, rüzgâr enerjisinden ekonomik olarak yararlanılabilmesi için, yıllık ortalama yerel rüzgâr hızının, 10 metre yükseklikte 5m/s değerini geçmesi gerekir. Ekonomik hesaplamalar için, rüzgâr türbini ömrü güvenli bir biçimde 15-20 yıl olarak alınabilir. Avrupa koşulları için, aşağıdaki koşullarda hesaplama sonuçları şöyledir : Anahtar teslim maliyeti :588 (=ECU) /m 2 Faiz :% 5 Ekonomik ömür :15 yıl Teknik hazır bulunma oranı : % 95 Yıllık enerji çıktısı :3,15 V3 kws/m 2 İşletme ve bakım maliyeti :0,005 (=ECU) /kws 13. ELEKTRİKSEL ALT YAPI TASARIMI Rüzgâr çiftliği veya parkı, planlamalarında savsaklanan ( ihmal edilen ) özelliklerden bir tanesi de elektriksel alt yapının durumudur. Bu, rüzgâr çiftliğinin yatırım maliyeti, enerji üretimi ve dolayısıyla kârlılığı üzerinde önemli etkilere neden olabilmektedir. Elektrik sistemindeki enerji kayıpları, tipik olarak rüzgâr çiftliğinin toplam üretiminin %2-3 ü kadardır. Bu nedenle optimum hat ve transformatörlerin teknik niteliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Maliyetlerin ve iletim hatlarıyla transformatörlerin, özellikle belli bir yüzölçümü için, enerji kayıplarına ilişkin veriler kullanılarak yatırım maliyetleri ve enerji kayıpları hesaplanır... 14. KAYNAKÇA 1. Kaynak Elektrik Dergisi 3/95 Metin Özgüç 2. Kaynak Elektrik Dergisi 4/94 Ö. Tunç İldeniz 3. Kaynak Elektrik Dergisi 1/98 Dr. Tanay Sıdkı Uyar 4. Kaynak Elektrik Dergisi 2/95 Yrd.Doç.Dr Kadir Erkan 5. Wind Energy Handbook by Tony Burton, David Sharpe, Nick Jenkins, and Ervin Bossanyi, Amazon.com 6. Wind Energy Explained by James F.Manwell, John G. McGowan, and Anthony L. Rogers, July 15, 2002. Amazon.com 7. Windturbines : Fundamentals, Technologies, Application and Economics by Erich Hau, April 30, 2000 ), Amazon.com 8. Power from Wind : A History of Windmill Technology by Richard Leslie Hills, March 25,1994. Amazon.com 9. The generation of electricity by wind power by E.W.Golding ( 1980 ) Amazon.com 10. Grid-connected Wind Turbines by H.Nacfaire ( Dec 1990 ) Amazon.com 11. A Guide to Small Wind Energy System by John Twidell, ( June 26, 1987 ) Amazon.com 12. Simplified wind power experimenters by Jack Park 1975 Amazon.com 13. Wind Energy Technology by John F. Walker and Nicholas Jenkins ( Jun 12, 1997) 14. Wind Power Equipment by D.F.Warne ( June 1983) Amazon.com 15. Wind Energy Basics : A Guide to Small and Micro Wind Systems by Paul Gipe, Amazon.com 16. Horizontal-Axis Wind Turbine Technology by David Spera, Amazon.com 17. SI-BİRİMLERİ (Systém International d Unités ) ve DİĞER FAYDALI DÖNÜŞTÜRME ÇİZELGELERİ, Eren BAŞARAN, Yayımlayan : S.I.Press,Lefkoşa -1986 18. Doç.Dr.Mustafa ALTUNÇ (YDÜ Denizcilik Fakültesi Dekanı ) - KKTC de Rüzgâr Enerji Potansiyeli, Rüzgâr Enerjisinin ülkemizde uygulanabilirliği Paneli. 17 Ekim 2008. Düzenleyen : KTMMOB Elektrik Mühendisleri Odası. Oturum Başkanı : Doç.Dr.Kadri BÜRÜNCÜK }