ENERJİ YATIRIM UZMANLIĞINA GİRİŞ YENİLENEBİLİR ENERJİ SANTRALLARI RÜRGAR ENERJİSİ
1. KAYNAK ANALİZİ Güneşin havayı ısıtarak yukarıya yükselmesine neden olması ve yerine diğer hava kitlelerinin akın etmesi neticesinde yeryüzü rüzgar dediğimiz hava akımlarının etkisindedir. Güneşin ısıtması nedeniyle karada, denizde ve havada farklı sıcaklıklar oluşur. Ortaya çıkan sıcaklık farkı ve buna bağlı olan basınç farkı rüzgarın oluşmasına neden olur. Eğer dünyamız dönmeseydi, ekvatorda ısınan hava kutuplara kadar gidecek, burada aşağıya inerek tekrar ekvatora dönecekti. Ekvatorda ısınıp yukarıya yükselen hava akımları, Dünyamızın dönmesi nedeniyle, kuzey yarım kürede sağa, güney yarım kürede ise sola doğru saparlar. Bu sapma etkisine Corrolis etkisi denmektedir. Isınmadan dolayı ekvatorda oluşan alçak basınç ve kutuplarda oluşan yüksek basınçlara ilave olarak, dünyanın dönme etkisi nedeniyle, 60. enlemlerde alçak basınç merkezleri, 30. enlemlerde ise yüksek basınç merkezleri oluşur. Bunun sonucunda oluşan küresel rüzgar akımlarının yapısı aşağıda gösterilmiştir.
Bu rüzgar akımları yeryüzü şekillerinden bağımsız olup, 1000 metrenin üzerindeki rüzgar akımlarını oluştururlar. Yeryüzünde oluşan rüzgar akımları ise, dünyanın dönmesinden kaynaklanan corrolis etkisi ile dünya yüzeyi arasındaki sürtünmeden etkilenirler. 100 metre civarında oluşan ve ekonomik değeri olan rüzgar akımlarında ise, yeryüzündeki coğrafi engellerin etkisi rol oynar.
1.1. RÜZGAR POTANSİYELİNİN İNCELENMESİ 1.1.1. RÜZGAR ATLASI Elektrik İşleri Etüd İdaresi (EİEİ) Genel Müdürlüğü, ülkemizin rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesine katkıda bulunmak ve rüzgar enerjisi santralı kurmaya aday olabilecek lokasyonları belirleyebilmek için 1990 yılından beri süren çalışmalar yapmaktadır. Bu çalışmaların sonunda, tüm ülkemizi kapsayacak şekilde rüzgar atlası çalışması REPA (Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası) tamamlanmıştır. Örnek olarak aşağıda İzmir ili rüzgar hızı hızı atlası verilmektedir: Bu haritada İzmir in çeşitli bölgelerinde, yerden 50 metre yükseklikte, bir yıllık ortalama rüzgar hızları işlenmiştir. Kırmızı ile işaretlenmiş bölgeler rüzgar enerjisinin en iyi olduğu bölgeleri göstermektedir.
EIEI tarafından REPA çalışması kapsamında, yöredeki ortalama rüzgar hızlarına ilave olarak, yörenin rüzgar enerjisi kapasite faktörü (% olarak), kurulacak rüzgar santralını şebekeye bağlamak için trafo merkezleri ve enerji nakil hatları ile rüzgar santralının kurulmasına uygun bölgeler de işaretlenmiştir. Aşağıda verilen kapasite faktörü atlasındaki kırmızı bölgeler, kapasite faktörünün % 35 den fazla olacağı verimli bölgeleri göstermektedir:
Meskun alanlar, coğrafi kısıtlamalar ve diğer sınırlamalar göz önüne alınarak, rüzgar santralı kurulamayacağı kabul edilen gri ve siyah bölgeler de bu atlasa işlenmiştir.
Rüzgar enerjisi santralı yatırımcısına kolaylık sağlamak amacıyla, santralın bağlanabileceği trafo merkezleri ve enerji nakil hatları, harita üzerindeki fiziksel yerlerine işlenmiştir.
Aşağıda tüm Türkiye nin 50 metre yükseklikteki rüzgar hızı atlası verilmektedir.
1.1.2. RÜZGAR POTANSİYELİ Yapılan bilimsel değerlendirmeler, Dünya daki rüzgar potansiyelinin son derece büyük ve 6 kıtaya yayılmış olduğunu göstermektedir. 2010 yılında dünyadaki toplam elektrik enerjisi tüketiminin 21.000 milyar kwh (TWh) olduğu kabul edilirse, Dünya daki toplam teknik olarak işe koşulabilir rüzgar enerjisi, bu enerji tüketiminin yaklaşık 2,5 katıdır (50.000 milyar kwh). Sağ sütundaki çalışma daha konservatif bir kabule göre hazırlanmıştır. Ortalama rüzgar hızının 5,1 m/s den yukarı olduğu ve mevcut alanın sadece % 4 ünün kullanılacağı kabul edilmiştir. Bu kabuller çok önemlidir.almanya da 4-5 m/s arası rüzgar hızları hesaba katılırsa, 24 TWh olarak hesaplanan rüzgar potansiyeli 90 TWh a çıkmaktadır. Hesaplara off- shore potansiyel dahil edilmemiştir.
Aşağıda, Van Vijk ve Coeling J.P tarafından Utrecht Üniversitesinde yapılan bir çalışmaya göre bazı Avrupa ülkelerinde ve Türkiye de mevcut teknik rüzgar enerjisi potansiyeli görülmektedir: Ülke Adı Toplam Yüzölçümü Teknik Potansiyel (1000 km²) GW TWh/yıl Danimarka 43 14 29 Almanya 357 12 24 İngiltere 244 57 114 İtalya 301 35 69 Hollanda 41 3 7 İspanya 505 43 86 Türkiye 781 83 166 Yukarıdaki tablodan görüleceği gibi ülkemiz rüzgar enerjisi potansiyeli bakımından diğer ülkelerden oldukça şanslıdır. 2010 yılında yıllık tüketimimizin 210 TWh (milyar kwh) olduğu düşünülürse, teorik olarak toplam elektrik enerjisi tüketimimizin büyük bir kısmını rüzgar santrallerinden karşılayabiliriz. Ancak ekonomik olarak kurulu gücün 20 GWh ve üretimin 50 milyar olabileceği düşünülmektedir.
1.1.2. KURULU KAPASİTE GELİŞİMİ Dünyada enerji tüketimi ve buna bağlı olarak kapasite artışı ortalama yılda yüzde 4 5 düzeyindedir. Ancak rüzgar enerjisinde kurulu kapasite gelişimi bu rakamın çok üzerindedir. 2010 yılında rüzgar enerjisinde kurulu kapasite artışı %24 olmuş ve Dünya toplamı 200 GW a yaklaşmıştır. Kurulu rüzgar santralleri ile yaklaşık 430 TWh enerji üretilebilir. Bu ise İngiltere'de bir yılda tüketilen elektrik enerjisine eşittir. Dünya elektrik tüketiminin ise %2,5 a eşittir. Aşağıda son on yılda Dünyadaki kapasite artışı görülmektedir:
Rüzgar sektörünün cirosu 2010 yılında 40 milyar avro olmuş ve 630 bin kişiye iş imkanı sağlamıştır. Yaklaşık 45.000MW kurulu kapasitesi ile Dünyanın en önde gelen ülkesi Çin dir. Çin de 2010 yılında 18.900 MW rüzgar santralı kurulmuştur. Bu ise Dünya pazarının yaklaşık yarısıdır.
. Son 12 yılda, rüzgarda Dünya nın kurulu kapasite artış oranları aşağıda verilmiştir: 2004 yılından beri, her yıl tesis edilen güç sürekli arttığı halde 2009 yılındaki ekonomik kriz nedeniyle artış hızı azalmış ve bir önceki yıldan az olmuştur.
Aşağıda rüzgar kurulu gücünde en fazla artışı olan 10 ülke görülmektedir. Türkiye, 2010 yılındaki kurulu güç artışı ile bu listede 5. sıradadır. Rüzgar gücünün toplam güce oranı en fazla olan 3 ülke, Danimarka (%21), Portekiz (%18) ve İspanya (%16), doyuma ulaştıkları için bu listeye girememişlerdir. Ülkemizde ise, 2010 yılındaki kapasite artışında Dünya da 5. sırada olmamıza rağmen, rüzgarın toplam kurulu gücümüze oranı hala % 2,5 seviyelerindedir.
Ülkemiz rüzgar potansiyeli bakımından Avrupa nın en şanslı ülkeleri arasındadır. Kuzeydeki soğuk bölgelerden gelen rüzgar, Romanya nın ve Karadeniz in, Ege Denizi nin ve Batı Anadolu nun üzerinden geçerek güneydeki sıcak bölgelere, Akdeniz e ve Kuzey Afrika ya ulaşır. Bu nedenle özellikle ülkemizin Ege sahilleri rüzgar potansiyeli bakımından çok zengindir. Buna rağmen rüzgar enerjisi çalışmalarına geç başlanması bu konuda istenilen düzeyde olmamıza neden olmuştur. Ülkemizde ilk rüzgar santralı 1998 yılında İzmir Alaçatı da kurulmuştur.
Ülkemizde rüzgar santrallerinin kurulu gücündeki gelişmede yürürlükteki Kanun ve yönetmeliklerin önemli rolü olmuştur. İlk rüzgar santrallerinin kurulduğu 1998 yılında daha Enerji Piyasası kurulmamıştı. Bir rüzgar santralının yapılıp ürettiği enerjiyi Türkiye Elektrik Kurumuna satabilmesi için, 1984 yılında çıkan 3096 sayılı Kanun çerçevesinde bir İmtiyaz Sözleşmesi imzalaması veya Otoprodüktör Anlaşması ile ürettiği enerjiyi ortaklarına satması gerekiyordu. 1998 yılında ilk kurulan 1,5 MW gücündeki santral, Delta Plastik A.Ş. ye ait bir otoprodüktör santraldi. Aynı yıl kurulan 7,2 MW gücündeki Alaçatı Rüzgar Enerjisi Santralı ise, Devletle imzaladığı 20 yıllık bir İmtiyaz Sözleşmesi ile Yap İşlet - Devret santralı olarak kurulmuştu. Enerji piyasası daha oluşmadığından, üretilen enerjiye alım garantisi olmadan yatırımcılar finansman bulup yatırım yapamıyorlardı. İmtiyaz Sözleşmesi ile Devlet üretilen enerjiye alım garantisi veriyordu. Ancak sözleşme görüşmeleri uzun yıllar alabiliyordu. Bu nedenle YID olarak yapılan ikinci rüzgar santralı BORES ancak iki yıl sonra 2000 yılında gerçekleşebildi.
Aynı yıl 4628 sayılı Enerji Piyasası Kanunu çıktı. Bu Kanun ve daha sonra çıkan yönetmeliklerle Enerji Piyasası Düzeleme Kurumu kuruldu ve serbest piyasaya geçildi. Ancak üretilen enerjiye alım garantisi hala verilememişti. Halbuki aynı yıllarda Avrupa ülkelerinde hem de yüksek teşviklerle alım garantisi verildiği için rüzgar sektörü ve yatırımları gelişmekteydi. Üretilen rüzgar enerjisine alım garantisi ilk defa 2005 yılında çıkan 5346 sayılı Yenilenebilir Enerji Kanunu ile sağlandı. Ancak bu Kanunla belirlenen enerji alım fiyatı Türk Lirası cinsinden olduğundan, türbinlerini yabancı ülkelerden döviz cinsinden sağlayan yatırımcıların talebini tam karşılamıyordu. 2007 yılında çıkan Kanun değişikliği ile rüzgar enerjisi alım fiyatı avro bazında belirlenmiştir. Türkiye de rüzgar kurulu gücünün artış grafiğinde görüldüğü gibi, 2006 yılına kadar sadece 90 MW olan kurulu gücümüz, döviz bazında alım garantisinin çıktığı 2007 yılından sonra her yıl katlayarak artmış ve 2011 yılı sonunda 1.500 MW lar seviyesine ulaşmıştır..
Aşağıda 1998 yılından bugüne kadar rüzgar kurulu gücümüzdeki artış görülmektedir. TÜRKİYE'DE RÜZGAR KURULU GÜCÜNÜN ARTIŞI (MW) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1540 1320.2 791.6 363.7 89.3 146.3 8.7 8.7 18.9 18.9 18.9 20.1 20.1 20.1 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 1. Kasım.2007 de rüzgar santralı kurmak için, Elektrik Piyasası Düzenleme Kurumuna, çoğu çakışan, yaklaşık 80.000 MW lisans müracaatı (750 tüzel kişilik) yapılmıştır. Bunların hepsine lisans verilmesi olanaksızdı, çünkü rüzgar gibi dalgalı enerji üretimi yapan tesislerin şebekeye zarar vermemesi için, bağlantı noktasının kısa devre gücünün yaklaşık %5 i kısıtlama uygulanmaktadır.
Bu müracaatlar, EİE idaresi tarafından yapılan bir ön değerleme/eleme sonrasında ihaleye girmişlerdir. Yapılan bu ihale sonrasında 150 tüzel kişiliğe yaklaşık 5.500 MW lisans verilmiştir. Ayrıca yaklaşık 1.500 MW santral de tek başına olduğu için ihaleye girmeden lisans almaya hak kazanmıştır. Halen (Kasım 2011) EPDK tarafından verilen rüzgar lisans toplamı ise 5.200 MW dır. Yukarıdaki rakamları toplarsak, önümüzdeki günlerde yaklaşık 12.000 MW rüzgar lisansı olacağı hesap edilebilir. Şebeke kısıtlamaları nedeniyle TEAİŞ 2013 yılına kadar vereceği lisans kapasitesini doldurmuş durumdadır. 2023 yılına kadar TEİAŞ trafo merkezlerinin kısa devre güçlerinin de artacağı göz önüne alınarak 8.000 MW ilave lisans verileceği ve toplam rüzgar lisanslarının 20.000 MW olacağı planlanmaktadır. Ancak gerek rüzgar enerjisi alım fiyatının çok düşük olması, gerekse mevcut lisansların büyük bir kısmının yüksek katkı payları ile kazanılması, ayrıca lisansların çoğunun ölçme yapmadan verimsiz araziler üzerinde olması nedeniyle, alınan lisansların belki de yarısından fazlasının gerçekleşmesi çok zor olacaktır.
1.2. RÜZGAR KAYNAĞININ BULUNMASI, ÖLÇÜLMESİ, İŞLETİLMESİ VE ÖLÇÜM DÜZENEKLERİ 1.2.1. Rüzgar Kaynağının Bulunması Rüzgar santralı kurulabilecek bir kaynağın bulunması çeşitli faktörlerin bir arada bulunmasına bağlıdır: a) Rüzgarın durumu b) Erişim ve inşaat durumu c) Elektrik Şebekesine bağlanabilmesi a) Rüzgarın durumu Bir rüzgar santralı kurulabilmesi için rüzgarın yeterli enerjiye sahip olması gerekir. Rüzgarın taşıdığı enerji şu formülle ifade edilebilir: ½ m v³ Burada m birim zamanda esen havanın özgül ağırlığı, v ise rüzgarın hızıdır. Rüzgarın özgül ağırlığı proje alanının yüksekliğine ve sıcaklığa bağlı olarak değişecektir. Yaklaşık 1000 metre yüksekteki bir sahada hava yoğunluğunun düşük olması nedeniyle rüzgarın enerjisinin, deniz seviyesine göre yüzde 10 daha düşük olması beklenmelidir.
Soğuk havada ise hava yoğunluğu arttığı için rüzgarın enerjisi sıcak havaya göre daha fazladır. Bu nedenle rüzgar ölçüm düzenekleri, hava basıncına ilave olarak hava sıcaklığı ve basıncı da ölçecek tertiplere sahip olmalıdır. E = m v³ formülünde belirtildiği gibi rüzgarın enerjisi, hızının küpü ile orantılıdır. Bu nedenle rüzgarın dağılımı çok önemlidir. Aşağıda bir örnek verelim: Belirli bir zamanda esen rüzgarın enerjisini = t. k v³ (t=zaman) olarak ifade edersek, hızın ortalaması 7,5 m/s olan iki ayrı saha düşünelim. Bu sahalardan birinde rüzgar sürekli 7,5 m/s esmektedir. Rüzgarın enerjisi: t. k. 7,5³ = t. k. 422 olacaktır. Diğer sahada ise, rüzgarın ölçüm süresinin yarısında hiç esmediğini, diğer yarım sürede ise 15 m/s estiği düşünülürse, rüzgarın enerjisi: ½ t. k. 15³ = t. k. 3375/2. Görüldüğü gibi ikinci sahada rüzgarın enerjisi diğer proje sahasından yaklaşık 4 misli daha fazladır.
Yukarıda aşırı uçlardaki iki örnek, rüzgarın ortalama hızı kadar rüzgar dağılımının da çok önemli olduğunu göstermektedir. Bu nedenle rüzgar kayıt cihazları rüzgarın onar dakikalık ortalama hızlarını kayıt ederek rüzgar dağılımını çıkarır. Aşağıda örnek bir rüzgar dağılım eğrisi (weibull eğrisi mavi eğri) ve yön dağılımı (rüzgar gülü) görülmektedir.
b) Rüzgar kaynağının erişilebilir olması durumu Rüzgarın esmesi sırasında yere sürtünmesi, hızını yavaşlatır. Bu nedenle gerek yükseklerde gerekse sürtünmesin az olduğu deniz üzerinde (off shore) rüzgarın hızı daha fazladır. Ancak rüzgar santralı kurmak için buralara erişim, denizin çok derin veya dağın çok yüksek veya dik olması nedeniyle çok zor veya imkansız olabilir. Proje sahasının erişimi ve inşaatı olanaklı bir yerde olması gerekir. c) Elektrik şebekesine bağlanabilme Rüzgar santralleri, rüzgarın değişmesine bağlı olarak dalgalı elektrik enerjisi üretirler. Üretilen bu dalgalı enerji, elektrik şebekesindeki teçhizata zarar verebilir. Eğer santralın bağlanacağı şebeke noktası zayıf ise, diğer elektrik tüketicilerini de rahatsız eder. Meydana gelen rahatsız edici bu salınımların hissedilmemesi için, Türkiye Elektrik İletim A.Ş. (TEİAŞ), rüzgar santrallerinin bağlanabileceği trafo merkezlerini ve santralın maksimum maksimum gücünü sınırlamaktadır. Bu nedenle proje alanı, şebekeye bağlanabileceği noktaya yakın olmak durumundadır.
20 MW dan büyük rüzgar santralleri ancak bir TEİAŞ trafo merkezine veya 154 kv enerji nakil hattına bağlanabilir. Rüzgarın iyi olduğu kıyılarda ve uç noktalarda şebeke zayıf olduğu için rüzgar santralının gücü sınırlı olmaktadır. Dağıtım hatları ile uzun mesafelere bağlantı yapılabilmesi ise sınırlıdır. 1.2.2. Rüzgarın Ölçülmesi ve Rüzgar Ölçüm Düzenekleri Rüzgar ölçüm sistemleri, sabit ölçüm direği ile yapılan ölçümler ve uzaktan yapılan ölçümler olarak ikiye ayrılabilir. a) Sabit ölçüm sistemleri Sabit ölçüm sistemleri, boru veya örgü tipi ölçüm direklerine tesis edilen ölçüm düzenekleridir. Ölçüm sisteminin parçaları, ölçüm direği, data kayıt cihazı (logger), rüzgar hızı ölçüm cihazı (anemometre), rüzgar yönü ölçüm cihazı (wind vane), sıcaklık ve nem sensoru, basınç sensoru, modem, anten, akü, güneş paneli, şarj aleti, uçak ikaz lambası ve paratönerdir. Ölçüm düzenekleri IEC 61400 12-1 veya Measnet standartlarına uymalıdır.
Ölçüm Direkleri: Ölçüm direkleri boru ölçüm direği ve örgü tipi ölçüm direği olarak ikiye ayrılır. 60 metre yüksekliğe kadar olan ölçüm direkleri genelde boru direk olarak tesis edilmektedir. 80 metre ve daha yüksek olan ölçüm direkleri ise, direğin dayanması için örgü direk olarak tesis edilir. Daha pahalı olmasına rağmen, arızalı cihazları değiştirme ve bakım kolaylığı nedeniyle örgü direk tercih edilebilir. 60 metrede yapılan bir rüzgar değerini oranlayarak daha yüksek olan türbin kulesi tepesindeki (genelde 80-100 metre) rüzgarın değerini hesaplamak mümkündür. Ancak bu hesaplama, yerdeki sürtünme katsayısına bağlı olduğu için hatalı olabilir. En ideal ölçüm yüksekliği, türbin yüksekliğinde yapılan ölçümdür. Diğer yandan ölçüm direği yüksekliğinin türbin yüksekliğinin en az üçte ikisi yüksekliğinde olması gerekir. 60 metre boru direk
Düzenek 1. Tepesinde çift anemometre olan örgü direk:
Düzenek 2. Tepesinde tek anemometre olan örgü direk:
Düzenek 3. Tepesinde çift anemometre olan boru direk: Boru direğin yerden kaldırılışı
Düzenek 4. Tepesinde tek anemometre olan boru direk: Anemometre ve wind vane aynı hizada olan bir boru direk
Anemometre (Rüzgar hızı ölçüm cihazı): Rüzgarın enerjisi hızın küpü ile orantılıdır. Bu nedenle kullanılacak anemometrelerin, Measnete üye bir kuruluşun rüzgar tünelinde kalibre edilmiş, belirli bir hassasiyette (S < 1) yatay rüzgar bileşenini ölçebilen sanayi tipi bir anemometre (Thies, Vector, Riso gibi) olması gerekir. Ölçülen rüzgar hızı, cihazın içinde, frekans veya akım genliğine dönüştürülür. Direğin tepesine ve yükseldikçe rüzgarın değişimini (shear) belirlemek için direk boyunun ¼ ü aralıklarla (15-20 metre) anemometreler yerleştirilir. Elektrik besleme ihtiyacı akü ve güneş panelinden karşılanır. Soğuk yörelerdeki cihazlar için ısıtmalı tiplerin kullanılması gerekir. Ancak ısıtma çok enerji harcadığı için ilave kaynak gerekecektir. Direğin yarattığı rüzgar türbülansının cihazları etkilememesi için direk montaj kol boylarının, yeterli uzunlukta olması gerekir (yanda anemometre montaj kolu). Anemometre
Ultrasonik Anemometre (Rüzgar hızı ölçüm cihazı): Sesin hızı havanın hızına ve sıcaklığına göre değişir. Ultrasonik anemometreler bu prensibe göre çalışan ve rüzgarın yönünü, hızını ve sıcaklığını ölçebilen cihazlardır. Veri kaydediciye gönderilen sinyaller akım veya gerilim genliği veya dijital sinyal şeklinde olabilir. Buzlanmayı önleyen ısıtmalı tipleri de vardır. Çalışma prensibi, birbirine 90 derece olarak yerleştirilmiş 4 kolun her birindeki ses vericileri ve alıcılarının birbiri ardından gönderilen ses sinyallerini almalarına dayanır. Ölçüm süreci 20 derece sıcaklıkta 2,5 ms dir. Bu hızlı ölçebilme özelliği nedeniyle rüzgar pik değerlerini ölçebilir. Ses hızının sıcaklığa bağlı olması nedeniyle, mekanik sıcaklık ölçüm cihazlarından daha doğru olarak sıcaklığı ölçebilir. Doğruluk sınıfının genelde 2 olması nedeniyle ölçüm direklerinde pek önerilmez.
Wind vane (Yön ölçüm cihazı): Rüzgar türbinlerini proje sahasına yerleştirirken, ana rüzgar yönü çok önemlidir. Türbinler arasındaki mesafeler buna göre ayarlanır. Ana rüzgar yönünde birbirine yakın olarak yerleştirilen türbinler birbirlerini gölgeleyerek verimi düşürür (wake loss). Bu nedenle proje sahasına türbin yerleştirirken rüzgar yönü doğru olarak belirlenmelidir. Yön ölçüm cihazı (wind vane) Yön belirleyen wind vane cihazının yeterli hassasiyetle rüzgar yönünü belirlemesi gerekir. Soğuk bölgelerde kullanım için ısıtmalı tipleri vardır. Cihazın çıkışı dijital, akım genliği (analog) veya bir potansiyometre büyüklüğüne dönüştürülür. Direğe bağlantı kolu yandadır.
Data kayıt cihazı (Data Logger): Ölçüm verilerini hassas olarak kaydeden kayıt cihazıdır. Piyasada Ammonit, Nomad, NRG, gibi çeşitli cihazlar vardır. Verileri saniye aralıkları ile ölçer ve onar dakika aralıklarla, verilerin minimum, maksimum, ortalama ve standart sapma değerlerini hesaplayarak kaydeder. Kullanılan cihazların sayısına ve özelliklerine bağlı olarak dijital ve analog girişleri vardır. Belirli aralıklarla GSM modemi üzerinden cihaza bağlanıp rüzgar verileri alınır veya internet üzerinden her gün verileri yollar. GSM erişimi olmazsa aralıklarla direğe gidip verileri almak gerekir. Data Logger ve kutusu (sağ alttaki cihaz modemdir) Montaj sırasında cihazların kalibrasyon ve offset değerlerinin doğru olarak loggera kaydedilmesi gerekir.
Sıcaklık ve Nem sensoru: Sıcaklık ve nem sensorları genelde bir arada bulunur. Kapasitif bir eleman ile nemi ve bir termistör ile de sıcaklığı ölçer. Ölçüm direğinde 4-5 metre yüksekliğe monte edilerek data kayıt cihazının analog girişine bağlanırlar. Sıcaklık ve Nem Sensoru Anemometre için rüzgar tüneli kalibrasyon düzeneği Paratoner
b) Uzaktan Yapılan Ölçümler Ölçüm direği dikmeden, elektromanyetik veya ses dalgası ile de uzaktan ölçüm yapılıp rüzgarın hızı ve yönü belirlenebilir. Bu şekilde rüzgar ölçen cihazlara lidar veya sodar denmektedir. Sodar Cihazı Sodar cihazı, yaydığı 1000-4000 Hz ses dalgalarının geri dönüşünü kaydeder ve oluşan Doppler etkisini ölçerek, rüzgarın hızını ve yönünü hesaplar. Ortalama 400 metre yüksekliğe kadar ölçüm yapabilir. Çevre gürültüsü sonuçları bozabilir. Lidar Cihazı Lidar cihazı, ses dalgası yerine bir lazerin yaydığı elektromanyetik (ışık) dalgalarında oluşan doppler etkisini ölçerek rüzgarın profilini çıkarır. Ortalama 250 metre yüksekliğe kadar ölçüm yapabilir. Deniz kıyısına yerleştirilip 4 km uzağa kadar off - shore ölçüm yapılabilir. Bulutlar ve sis ölçümleri etkileyebilir.
2. RÜZGAR TÜRBİNİ TEKNOLOJİSİ 2.1. Rüzgar Türbinlerinin Tarihçesi Rüzgar türbinleri insanlık tarihinde eski zamanlardan beri kullanılmaktadır. Yel değirmeni adı verilen bu ilk türbinler, elektriğin bilinmediği o zamanlarda, tahıl öğütmek veya suyu çekmek için kullanılmıştır. Bu ilk türbinlerin eski yıkıntılarını, rüzgarın bereketli olduğu Ege bölgesinde görebiliriz. Bodrum da yel değirmeni Hollanda Yel Değirmeni Avrupa da özellikle Hollanda da yel değirmenleri 8. yüzyılda kullanılmaya başlanmıştır. Deniz seviyesinden aşağıda olan Hollanda da, araziden suları çekip, buraların insanlar tarafından iskan edilmesine müsait hale gelmesinde yel değirmenlerinin büyük rolü vardır. Rüzgardan elektrik enerjisi ilk defa 1891 yılında Danimarka da Mühendis Paul la Cour tarafından üretilmiştir. Ucuz petrol döneminde güncelleşmeyen rüzgardan elektrik üretimi, 1974 de yaşanan ilk petrol krizinden sonra tekrar gündeme oturmuştur. Paul la Cour türbini
1900 lü yılların başında, gücü 5 kw ile 25 kw arasında değişen rüzgar türbinleri üretilmiştir. Bu türbinlerin en büyükleri, 4 kanatlı, 24 metrelik kule üzerinde, 23 metre rotor çapı olan türbinlerdi. Ticari çapta ilk büyük türbin, Danimarka daki SEAS elektrik kurumu için 1957 yılında imal edilmiş ve 10 yıl süre ile elektrik üretmiştir. Gücü: 200 kw Kanat Sayısı: 3 Kanat yapısı: Çelik, tahta, alüminyum karışımı, Rotor çapı: 24metre Rotor hızı: 30 devir dakika Kanat açı ayarı: Sabit ; Uçtaki kanatçıklar aşırı hızlanmayı önlemektedir. Şebeke bağlantısı: Asenkron bir jeneratör ile şebekeye doğrudan bağlıdır.
20 yüzyılın ilk yarısında geliştirilen diğer bir rüzgar türbini ise Finlandiyalı bir mühendis olan J. Savonius tarafından 1925 yılında geliştirilen dikey eksenli Savonius türbinidir. İlk hareketi kendi kendine sağlayan ve maliyeti ucuz olan bu türbin, aerodinamik performansının düşük olması nedeniyle büyük güçte elektrik enerjisi üretimi uygulamaları için kullanılamamıştır. Havalandırma, su pompalama gibi birkaç watt lık uygulamalarda kullanılmaktadır. Aerodinamik performansını artırmak için yanda görüldüğü gibi çeşitli türbinlerle kombine uygulanmıştır. Savonius Türbini 1931 yılında Fransız mühendis J.M. Darrieus tarafından geliştirilen diğer bir dikey eksenli türbin, yatay eksenli türbinler kadar aerodinamik verimi olan Darrieus türbinidir. Türbin, dikey bir şaftın üzerine yerleştirilmiş iki veya üç kanattan oluşmaktadır. Orijinal tasarımda iki kanat birbirine simetrik olarak yerleştirilmiştir. Her yönden gelen rüzgarla aynı verimle çalışabilmektedir. Yatay eksenli türbinlerde olduğu gibi rüzgara doğru dönmesine gerek yoktur. Ancak ilk hareketi vermek için tahrik motoruna ihtiyaç vardır. Darrieus Savonius Kombine Türbini
Darrieus türbininde rotor dönmezken, rüzgarın hızı artsa dahi dönüş momenti olmadığından rotor dönmeye başlamaz. İlk hareketi verdikten sonra, kanatlara etki eden rüzgar kuvveti, onlara dönüş yönünde bir tork vererek dönmelerini sağlar. Türbinde en büyük döndürme gücü, rüzgarın kanatlara dik geldiği, rüzgara karşı oldukları zaman oluşur. Bu her dönüşte iki defa olur. Bu nedenle türbin periyodik bir yük değişimine maruz kalır. Belirli bir hızda kanatlar rezonansa gelip kırılabilir. Bu nedenle sürekli bu hızda dönmelerini önleyecek fren tertibatı vardır.
Darrieus türbininin geliştirilmesi ile elde edilen diğer önemli bir türbin tipi ise H-Darrieus denilen türbindir. Bu türbinin avantajı, her bir kanadın kendi etrafında dönerek açısının ayarlanmasıdır. Bunun sonucunda, kanatlar rüzgara doğru maksimum torku sağlayacak şekilde ayarlanır. 3 veya 4 kanatlı tiplerde, oluşan tork, türbinin tüm turu boyunca nispeten sabit kalır. Bu türbin ile Darrieus türbinine nazaran daha fazla güç elde edilir. Ayrıca rüzgara göre kanatların açısı ayarlanabildiği için, ilk hareketi verecek bir tahrik mekanizmasına gerek kalmadan çalışmaya başlayabilir. Bu türbinin dezavantajı ise kanat açıları ayar mekanizmasının komplike ve ağır olmasıdır. Ayrıca, rüzgar yönünü belirleyecek bir yön sensorune de ihtiyaç vardır.
1980 li yıllarda devlet teşvikleri ile büyük güçlü türbinler de geliştirilmiştir. Ancak teknik problemler ve maliyetler nedeniyle seri üretime geçilememiştir. Rotor Çapı: Rotor devri: Gücü: Kanat açısı: Kanat adedi: 2 60 metre 30 devir /dakika 3 MW Ayarlı Yapım yılı: 1981 Tipi: LS1 / Yapım yeri: İngiltere 1980 li yıllarda, bu gün kullandığımız büyük güçlü konvansiyonel rüzgar türbinlerinin atası sayılabilecek 55 kw gücünde rüzgar türbinleri Danimarka, Almanya ve daha sonra Amerika da seri olarak üretilmeye başlanmıştır. Bu türbinler 3 kanatlı, kanat açısı sabit, asenkron jeneratörlü, dişli kutulu, 15 metre rotor çapında türbinlerdi. 55 kw klasik rüzgar türbini
2.2. a) Rüzgar Türbinlerinin Çeşitleri Rüzgar türbinleri büyüklüklerine göre küçük rüzgar türbinleri ve büyük rüzgar türbinleri olarak ikiye ayrılır. Küçük türbinlerin gücü 50 W ile 20 kw arasında olup, genelde çiftlik evi, sinyalizasyon, telekomünikasyon gibi şebekenin olmadığı yerlerde kullanılır. İnvertör cihazı, gerektiğinde şebeke ile paralel çalışmalarını sağlar. Bu türbinler kuyrukları sayesinde gövdelerini rüzgara doğru çevirir. Kanat açı ayarları yoktur. Bazı tipleri çok kanatlı olduğu gibi, çatı üzerine yerleştirilebilen çeşitli tipleri vardır. Çatı tipi bir rüzgar türbini Küçük rüzgar türbini
Büyük rüzgar türbinleri genelde 50 kw dan büyük rüzgar türbinleridir. Günümüzde 7,5 MW ticari türbinler imal edilmekte olup, 15 MW türbinler üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Rüzgar türbinleri, dönme eksenlerine göre iki gruba ayrılırlar: a) Dikey eksenli rüzgar türbinleri ve b) Yatay eksenli rüzgar türbinleri Dikey eksenli türbinlerin dönme eksenleri ve kanatları düşeydir. Her yönden gelen rüzgarla çalışırlar, yatay eksenli türbinler gibi rüzgara doğru dönmelerine gerek yoktur. Bu türbinlerin örnekleri Savonius ve Darrieus türbinleridir. Düşük rüzgar hızı ile çalışabilme özellikleri ve düşük gürültü seviyelerine sahip olmaları, meskun yerlerde kullanabilmelerine olanak sağlar. Yanda İtalya Trento şehri yakınlarında 20 kw gücünde H - Darrieus tipi bir Ropatec türbini görünmektedir.
Yatay eksenli rüzgar türbinleri kanat sayılarına göre tek kanatlı, çift kanatlı, üç kanatlı ve çok kanatlı olarak dört sınıfa bölünürler. Tek kanatlı türbinler, çok kanatlı türbinlere göre çok daha hızlı dönüş hızına sahiptirler. Tek kanat karşı ağırlıkla dengelenmektedir. Tek kanadın meydana getirdiği ilave dengesizliği ve yükü karşılamak için sağlam bir yapıya sahip olması lazımdır. Rotorun yüksek dönüş hızı nedeniyle gürültüsü yüksektir. Aşağıda 350 kw gücünde, 33 metre rotor çapında, tek kanatlı Riva Calzoni (İtalya) türbinlerinden oluşan bir rüzgar çiftliği görülmektedir (1998).
Çift kanatlı türbinler, üç kanatlı türbinlere göre rotor maliyetini azaltmak amacıyla üretilmiştir. Ancak aerodinamik dengeleme sorunları nedeniyle maliyetleri daha yüksek olmuştur. Rotor hızları 3 kanatlı türbinlere göre daha yüksektir. Kanat gürültüsü, hızın 5. kuvveti ile orantılı olduğundan yüksek hız gürültüyü artırmaktadır. Nasudden 2 İsveç Maglarp İsveç Rotor: 78 metre Gücü: 3 MW Kanat açısı: Ayarlı İmalat : İsveç, 1981 (1992 de sökülmüştür) Rotor: 98 metre Gücü: 3 MW Kanat açısı: Ayarlı İmalat: İsveç 1992 (prototip)
Kanat sayısının artırılması türbinin aerodinamik verimini artırır. Bu amaçla çok kanatlı türbinler geliştirilmiştir. Kanat sayısının birden ikiye çıkarılması verimi % 6 artırır. Kanat sayısı ikiden üçe çıkınca ise verim % 3 artar. Kanat sayısının daha çok olması ise verimi çok az artırır. Diğer yandan kanat malzemesinin pahalı olması nedeniyle maliyeti artar. Maliyeti düşürmek için kanatları ince yapıdadır. Çok kanatlı türbinler, yüksek güçlü elektrik üretmek yerine su pompalama, mesken elektriğini karşılama gibi küçük güçleri karşılamak amacıyla kullanılmaktadır. Rotor hızları az kanatlı türbinlere göre daha düşüktür. Bu nedenle gürültü seviyeleri de düşüktür. Çok kanatlı türbin
Üç kanatlı türbinler bugün en çok kullanılan ve en gelişmiş türbinlerdir. Düşük rotor hızlarında çıkabilecek denge sorunları için rüzgar belirli bir hıza erişinceye kadar devreye girmezler. Dönme momentleri tek ve iki kanatlı türbinlere göre daha düzgündür ve sarsıntısız çalışırlar. Bugün seri olarak üretilen en büyük güçlü rüzgar türbinleri 7,5 MW dır. 10 ve 15 MW türbinler üzerindeki teknik çalışmaların 2013 yılında bitmesi ve 2020 yılında seri üretimlerine başlanması planlanmaktadır. Yanda 7,5 MW 126 metre rotorlu Enercon türbini görülmektedir. Türbinin temel hariç toplam ağırlığı 3.500 tondur. Taşıma kolaylığı açısından kanatlar iki parça olarak imal edilmiştir. 7,5 MW E 126 Belçika Estinnes Rüzgar Çiftliği 11 adet 7,5 MW Türbin
Rüzgar türbinleri, rüzgarı önden veya arkadan alma prensiplerine göre de ikiye ayrılır. İlk geliştirilen rüzgar türbinleri arasında rüzgarı arkadan alan türbinler de bulunmaktadır. Bu türbinlerin rüzgara doğru dönme mekanizmalarına gerek yoktur. Arkadan gelen rüzgar onları doğru yöne çevirecek şekilde tasarlanmışlardır. Önden rüzgar alan türbinlerde olduğu gibi kanatları sert değil daha esnektir; bu ise maliyeti düşürür. Ancak periyodik olarak kanatlar kulenin önünden geçerken rotora gelen rüzgar azalır. Bu da dalgalı bir yüklenme sonucunu doğurur ve aynen rüzgar türbülansı gibi türbin mekanizmalarına zarar verir. Bu nedenle tercih edilmemiştir ve bugün kullandığımız rüzgarı önden alan türbinler geliştirilmiştir. Yanda 1983 yılında Almanya da imal edilmiş arkadan rüzgarı alan Growian türbini görülmektedir. Türbin 4 yıl sonra sökülmüştür. Growian Türbini Rotor: 100 metre Gücü: 3 MW Kanat sayısı: 2 Hız: 18,5 d/d Kanat açısı: Ayarlı
2.2. b) Rüzgar Türbinlerinin Çalışma Prensipleri Rüzgar türbinleri, rotorun jeneratöre bağlanma şekline göre ikiye ayrılırlar. a) Rotor şaftı dişli kutusu üzerinden jeneratöre bağlı (dişli kutulu türbinler) b) Rotor şaftı jeneratöre direk bağlı (direct drive türbinler) Yanda rotor şaftı dişli kutusu üzerinden jeneratöre bağlı bir türbin görülmektedir. Piyasada kullanılan türbinlerin çoğu bu tiptir. Dişli Kutulu Türbin VESTAS
Aşağıda dişli kutusuz, direct drive bir türbin görülmektedir. 1. Kanat 2. Kanat bağlantısı 3. Rotor 4. Rotor şaftı 5. Ana yatak 6. Kanat göbeği (hub) 7. Batarya 8. Jeneratör Rotoru 9. Jeneratör Statoru 10. Anemometre ve Wind vane 11. Kanat açısı ayarı 12. Röle kutusu 13. Redresör 14. Statör desteği 15. Kule 16. Yön verme motorları 17. Ana taşıyıcı 18. İkaz kontrol 19. Soğutma fanı 20. Nasel kontrol kabini 21. Rotor iç bağlantısı DİŞLİ KUTUSUZ TÜRBİN ENERCON
Direct drive türbinlerde, kanat şaftı (4) jeneratörün rotoruna (8) direk bağlıdır, bu nedenle jeneratörün rotor hızı düşüktür (15 20 dd). Düşük dönüş hızı nedeniyle düşük olan jeneratörün frekansını yükseltmek için jeneratörün kutup sayısı artırılmıştır. Çok sayıda kutbu sığdırabilmek için de jeneratörün çapı geniş tutulmuştur. Dişli kutulu türbinlerde ise, jeneratörün dönüş hızı dişli kutusu ile 1500 turun üzerine çıkarılır bu nedenle kutup sayıları ve jeneratörün çapı düşüktür. Dişli kutulu türbinlerde, ayrıca dişli yağı sirkülasyon pompaları ve yağ filtreleri vardır. Naselin (ana kabin) üzerindeki anemometre (10) yardımı ile rüzgar belirli bir hıza erişinceye kadar türbin devreye girmez. Rüzgar belirli bir hıza erişince, naselin üzerindeki wind vane (10) yardımı ile rüzgar yönü tayin edilir ve yön verme motorları (16) yardımı ile türbin rüzgara doğru döner. Jeneratör rotorunun (8), sabit statör sargıları (9) üzerinde endüklediği gerilim, senkron jeneratörlerde, redresör/konvertör (20), kesici ve yükseltici trafodan geçerek şebekeye verilir. Asenkron jeneratörlerde ise statör çıkışları (9) redresör/konvertörden (20) geçmeden kesici üzerinden direk şebekeye verilir. DİŞLİ KUTUSUZ TÜRBİN GE
Rüzgar türbinleri, jeneratör yapılarına göre de ikiye ayrılırlar. a) Senkron jeneratörler Jeneratör tarafından üretilen elektrik, redresör tarafından doğru akıma çevrilir ve konvertör tarafından da TEİAŞ ın frekans, gerilim ve güç faktörü isteklerine uyumlu AC elektrik enerjisine çevrilir. Genelde 700 volt civarındaki AC elektrik gerilimi, türbin trafosu tarafından 35 kv orta gerilime yükseltilerek şebekeye verilir. Enerji tasarrufu açısından, genelde rotor ikaz akımı sabit mıknatıslar tarafından sağlanır. GE 2,5 MW DİŞLİ KUTULU SENKRON TÜRBİN b) Asenkron jeneratörler Asenkron jeneratörlerin statör sargısı yükseltici trafo üzerinden şebekeye bağlıdır. Jeneratör ilk hareket enerjisini şebekeden alır. Normal asenkron jeneratör endüksiyon kafesli rotoru yerine sargılı rotor kullanılır. Bu şekilde rotor ikazının genliği ve frekansı ayarlanarak şebekeye uyumlu elektrik gerilimi ve akımı elde edilir. Jeneratörün hem statörü hem rotoru sargılı olduğundan çift sargılı olarak da adlandırılır.
Rüzgar türbinlerinin kanatları gelen rüzgarı en verimli şekilde dönüş enerjisine çevirirler. Kullanabildikleri rüzgar enerjisi oranı Cp (coefficient of Performance) ve teorik üst sınırı da % 59 dur (Betz Kuralı). Aşağıda rüzgar hızı ile orantılı olarak rüzgar enerjisi kullanımının (Cp) değişimi görülmektedir. Rüzgarı kullanma veriminin (Cp) artırılmasında kanadın yapısı çok önemlidir. Aynı zamanda kanadın rüzgara doğru olan açısı da rüzgar hızına bağlı olarak sürekli ayarlanmalıdır (pitch control). Kanat açı ayarı, her bir kanadın, motorla veya kayışla, rüzgarın hızına bağlı olarak kendi ekseni etrafında çevrilmesini sağlar. Türbinler, kanat ayarı bakımından üçe ayrılırlar: a) Ayarsız (Stall) b) Kısmı ayarlı (Active Stall) c) Pitch (Tam ayarlı)
a) Kanat açısı ayarsız türbinler (Passive Stall kontrol) Yanda bir kanadın kesiti ve rüzgarın dağılımı görülmektedir. Bu tip türbinlerin kanatları, montaj sırasında belli bir açı ile sabitlenir. Rüzgar belli bir hızın üzerine çıkınca, kanadın arkasında oluşan türbülans türbini yavaşlatmaya başlar ve belli bir hızdan sonra türbin durur. Eski model türbinlerin çoğu bu tiptir. Rotorun içinde hareketli parçaların olmayışı avantajları vardır. b) Kanat açısı kısmi ayarlı türbinler (Active Stall kontrol) Bu türbinlerin kanat açıları, rüzgar belli bir hıza erişinceye kadar, tam ayarlı (pitch) türbinler gibi kademeli olarak ayarlanır. Türbin tam güce eriştikten sonra, pitch türbinler, rüzgarı almamak için rüzgara doğru dik olarak dönerler. Active stall türbinler ise rüzgara tam yüzlerini dönerek yavaşlayıp dururlar.
c) Tam ayarlı (pitch kontrol) türbinler Bu türbinler kanat açısını sürekli kontrol edip, optimum rüzgar verimi almak için açıyı sürekli ayarlarlar. Tam güce eriştikten sonra, rüzgarı daha az tutmak için, kanatlar rüzgara dik olarak dönmeye başlarlar. Şebeke bağlantısı kesildiğinde, yedek bataryaları ile, önce kanatları dik hale getirip türbini yavaşlatırlar sonra mekanik fren yaparlar. Modern büyük MW türbinlerin çoğu bu tiptir. Aşağıda, üç tip türbin için, rüzgar hızına göre türbin gücünün değişim eğrisi verilmiştir.
2.3. Rüzgar Santrallerinin Kapsamı Bir rüzgar santralı, rüzgar türbinleri, türbin temelleri, erişim yolları ve türbin platformları, türbin trafoları, türbinler arası elektrik ve iletişim kabloları, rüzgar ölçüm direği, santral trafo merkezi veya dağıtım merkezi ile enerji nakil hattından oluşur.
2.3. a) Rüzgar Türbinleri Rüzgar türbinleri santralin en önemli kısmıdır. Türbinler, rüzgara göre üretim göz önünde bulundurularak seçilir. Maliyetin en önemli kısmı türbinleri temin etmek, nakletmek ve dikmek için harcanır. Türbinin MW başına maliyeti, santralın tasarımına bağlı olarak 0,8 1,0 milyon arasında değişir. 2.3. b) Türbin Temelleri Türbin temellerinin tasarımı, kendi ağırlıkları, çalışma esnasında rüzgarın yükü, muhtemel bir deprem yükü gibi, çoğunlu imalatçıdan temin edilen veriler bir araya getirilerek hesaplanır. Normal bir zeminde temelin çapı yaklaşık 16 metredir. 3 MW lık bir türbinin temel maliyetinin 150.000 olduğu kabul edilirse, MW başına maliyeti 50.000 civarındadır.
2.3. c) Erişim yolları ve Türbin platformları Türbin rüzgarlarının birbirini engellememesi için aralarında rotor çapının en az 3 katı mesafe bırakılır ve türbinlerin arasına erişim yolu açılır. Yolun genişliği, türbin ve kuleleri taşıyacak şekilde ve en az 5 metre olmalıdır. Erişim yolunun maliyeti 200.000 /km olarak kabul edilirse, türbin çapı 100 metre olan bir proje alanında, türbin başına yol maliyeti en az 60.000 dur. Santrale erişmek için açılacak olan yolun maliyeti ise her projede değişkendir. Türbin Vinç Platformu
2.3. d) Türbin Trafoları Rüzgar türbinlerinde üretilen elektrik enerjisinin gerilimi yaklaşık 700 volt dur. Elektrik kayıplarını azaltmak için çoğu türbin modellerinde türbinin içinde gerilim seviyesi orta gerilime (35 kv) yükseltilir ve teçhizatın fiyatı türbin fiyatına dahil edilir. 2-3 MW gücünde bir türbin için dışarıya tesis edilen bir trafonun, kesicileri ve binası ile beraber maliyeti ise yaklaşık 80.000 dur. Harici trafo binası, trafo ve panolar Türbin içine tesis edilen trafo (altta), kesici ve kontrol panoları
2.3. e) Türbinler arası elektrik ve iletişim kabloları Türbinlerde üretilen elektrik enerjisi, yer altı orta gerilim enerji kabloları ile santralın şalt merkezine getirilir. Kabloların kesitleri, kullanılan türbinlerin gücüne ve sayısına bağlı olarak değişir. Türbinlerin iletişim bilgilerinin taşındığı fiberoptik kablolar ve gerektiği durumda kullanılan topraklama iletkenleri de bu kablo kanalına konur. Bakır ve alüminyum fiyatlarının sürekli değişmesi nedeniyle kablo fiyatları da sürekli değişmektedir. Bakır kablo Alüminyum Bakır 50 mm² Fiberoptik kablo 120 mm² 12 /m 6 /m 5 /m 4 /m 240 mm² 21 /m 8 /m Bir kablo kanalında en az 3 OG kablo olduğu düşünülürse, kanal açma, kablo serme, kanal kapatma işçilikleri dahil, kablo kanalı için ortalama 80 /m maliyet kabul edilebilir.
2.3. f) Rüzgar ölçüm direği Rüzgar santralında, her türbinin aldığı rüzgar farklıdır. Bu nedenle sahayı temsil etmek üzere, kalıcı, bir veya daha fazla referans rüzgar ölçüm direğinin olması tercih edilir. Genelde rüzgar türbini boyunda olan bir ölçüm direğinin maliyeti yaklaşık 40.000 dur. 2.3. g) Santral Trafo Merkezi /Dağıtım Merkezi Referans ölçüm direği Santralde üretilen elektrik bir trafo merkezinde toplanarak 154 kv yüksek gerilim veya 35 kv orta gerilimde şebekeye aktarılır. Santral kumanda binası, satışa esas elektrik sayaçları, elektrik kesilmelerinde kullanılan yedek jeneratör ve kumanda panoları buradadır. Piyasa şarlarına göre maliyeti değişmekle beraber, 50 MW gücünde bir santral için, 154 kv şalt tesis maliyeti 1,5 2,5 milyon kabul edilebilir. 35 kv orta gerilim bir merkez için tesis maliyeti ise 250.000 civarındadır. Kumanda binasının içi
2.3. h) Enerji İletim Hattı Santralde üretilen elektrik enerjisi 35 kv orta gerilim veya 154 kv yüksek gerilim bir enerji iletim hattı ile şebekeye aktarılır. 154 kv enerji iletim hattının kilometrik maliyeti için 80.000, 35 kv hat maliyeti için ise 40.000 kabul edilebilir. Bu maliyetlere ilave olarak, enerji nakil hattının bağlanacağı trafo merkezindeki fider masrafının da yatırımcı tarafından karşılanması gerekmektedir. 154 kv fider maliyeti olarak 300.000, 35 kv fider maliyeti için ise 100.000 alınabilir. Sonuç olarak rüzgar santralının toplam MW başına maliyeti, normal şartlarda, yaklaşık 1,2 milyon civarındadır.
2.3. i) Örnek Saha Yerleşimi En az bir yıl boyunca toplanan rüzgar verilerinin analizi ile proje alanındaki rüzgar enerjisinin profili ve ana rüzgarın yönü tespit edilir. Bu amaca yönelik wasp, wind pro, wind farmer, CFD gibi bilgisayar programları vardır. Rüzgar türbinlerini proje sahasına yerleştirilirken, rüzgarı en fazla alacakları ve birbirlerinin rüzgarını kesmeyecekleri (gölgeleme yapmayacak) lokasyonlar seçilir. Bu yerleştirmeye ise mikro yerleşim veya micrositing denilir. Genelde, ana rüzgar yönünde 7 rotor boyu, yanlamasına ise 3 rotor boyu mesafe bırakılır. Örnek saha türbin yerleşimi (ana rüzgar batı yönünden)
2.4. Birim Elektrik Üretim Hesapları Santralın birim elektrik üretim maliyetini hesaplamak için ilkönce santralın toplam yatırım bedeli ve santralın yıllık üretimi hesaplanır. Santralın yatırım bedeli, imalatçılardan ve yüklenicilerden fiyat teklifleri alınarak belirlenir. Toplam yatırım bedeline, rüzgar ölçümü, proje geliştirme bedeli, finansman bedeli, harita, proje ve danışmanlık bedelleri, arsa bedeli, alınacak izinler için yapılacak masraflar da dahil edilir. Yanda, 100 MW lık bir rüzgar santralı için yapılan toplam yatırım tutarı, yıllık elektrik üretim tutarı, MW başına maliyet, yıllık üretim başına maliyet ve santral ömrü 20 yıl kabul edildiğinden 20 yıllık üretim başına maliyetler görülmektedir.
2.4. 1. Verimlilik Rüzgar santrallerinin yakıtı rüzgardır. Rüzgar ise her zaman esmez. Estiği zamanlarda ise, türbini tam güçte çalıştıracak kuvvette olmayabilir. Bu nedenle santralin verimlilik hesabını yapabilmek için, ölçüm direkleri ile bir yılda esen rüzgar kaydedilir ve bilgisayar programında değerlendirilerek çeşitli türbin tiplerinde bir yılda üretilebilecek enerji hesaplanır. Hesaplanan enerji ile, 365 gün çalışma sonunda üretilebilecek enerjinin oranına kapasite veya verimlilik faktörü denir. Önceki örneğimizde, yılda 260 GWh üreten santralin net verimi %30 dur. Bu değer rüzgar santralleri için vasat bir değerdir Verimlilik veya kapasite faktörü hesaplanırken, önemli olan net üretimdir. Bir rüzgar santralında işletme sırasında şu üretim kayıpları oluşur: Elektriksel kayıplar, çevresel kayıplar, türbinlerin birbirini gölgeleme kayıpları, şebeke kesilmesinden dolayı üretim kayıpları, arızadan dolayı oluşan kayıplar ve performans kayıpları. Bunların toplamı yaklaşık % 9 dur. Önceki örneğimizde net % 30 olan verimin brüt değeri yaklaşık % 33 dür.
2.4. 2. İşletme, bakım ve diğer giderler Rüzgar santralının bakımı özel ihtisas gerektirdiği için, türbin firmaları, santral satın alma sözleşmesi ile beraber İşletme ve Bakım sözleşmesini de teklif ederler. Teklif edilen işletme ve bakım sözleşmesinde en önemli husus arıza ve bakım süreleridir. Günümüzdeki rüzgar türbinleri, uzun dönemde % 96 üzerinde emre amadelik sağlamaktadırlar. Ancak işletmenin ilk döneminde oluşabilecek fabrikasyon ve montaj arızaları nedeniyle emre amadelik nispeten düşüktür. Türbin imalatçıları tarafından teklif edilen bakım fiyatları, türbin başına yılda 50.000 civarındadır. Santralın diğer işletme giderleri (100 MW santral için), yıllık (yaklaşık) :. İşletme personeli giderleri 200.000. Sigorta giderleri (all risk) 500.000. Şebeke kullanımı, şebeke yerine göre MW başına 500 22.000 TL arasında (ilk 5 yıl % 50 indirimlidir). Arazi kirası: Orman arazisi için toplam yatırım bedelinin %0,4; Devlet arazisi için maliyenin belirlediği kira bedeli; (kira bedeli ilk 10 yıl % 85 indirimlidir).