www.muhendisiz.net GİRİŞ

www.muhendisiz.net
GİRİŞ
Yere düşen bir yumurtanın kırılıp parçalandığını defalarca görmüşüzdür. Bu ‘tersinir
olmayan’ bir olaydır. Çünkü olayın tersinin kendiliğinden oluştuğunu, yani kırık bir
yumurtanın kendiliğinden derlenip toparlanarak eski haline döndüğünü asla göremeyiz. Bu
ikincisi tersinir bir olaydır ve aslında fizik yasaları bu olaya engel değildir. Fakat gerçekleşme
olasılığı o kadar küçüktür ki, hiç kimsenin buna tanık olamayacağını iddia edebiliriz. Kırık bir
yumurta, atomlarına ya da moleküllerine varıncaya kadar parçalanmış dahi olsa dış etkenler
aracılığıyla eski haline getirilebilir. Bu tersinir işlem için gerekli malzeme kırık dökükler de
zaten var olduğuna göre söz konusu dış etkenler tek bir kaleme; yani enerjiye indirgenebilir.
Nitekim dünyadaki milyonlarca tavuk bu tersinir işlemi her gün gerçekleştiriyor ve bünyesinde
barındırdığı atomlarla molekülleri yumurtalığında bir araya getirip sağlam birer yumurtaya
dönüştürüyor. Bunu yaparken kullandığı etken besin maddelerinden sağladığı enerjidir.
Yumurtayı oluşturan atom ve moleküller kırılma olayından önce derli toplu ve düzenli,
kırılmadan sonraysa dağınık ve karmakarışık bir haldedir yani kırılma sonunda düzensizlik
artmıştır. Çok sayıda parçadan oluşan sistemlerin düzensizliğinin bir ölçüsü vardır buna
‘entropi’ denir. Yumurtanın kırılması gibi tersinir olmayan olaylara maruz kalan kapalı
sistemlerde entropi artarken yumurta oluşumu gibi tersinir olaylara maruz kalan sistemlerde
entropi azalır ya da aynı kalır. Kısacası yumurtlamaya hazırlanan bir tavuk, tersi kendiliğinden
gelişebilecek olan zor ve tersinir bir olayı başarmakta, bünyesi dışından sağladığı enerji
sayesinde bünyesindeki düzensizliği azaltıp düzeni artırmaktadır. Aslında bütün canlı süreçleri
böyledir ve canlı organizmalar dışarıdan sağladıkları enerjiyi kullanarak bünyesindeki
düzensizlikten düzen yaratırlar. Bir köprün inşa süreci de böyle tersinir bir olaydır:
gözlemlediğimiz kadarıyla kendiliğinden gerçekleşmez ama tersi hemen hemen gerçekleşebilir.
Bu açıdan canlı süreçlere benzer. Bir hava alanı, otoyol, gökdelen inşaatı ya da bilgisayar,
televizyon, uydu yapımı da öyledir. Aslında düşünce ürünleri de dâhil olmak üzere refah ve
uygarlığın sembolü olan tüm yapıtların oluşumu canlı süreçlere benzer: dışarıdan enerji
kullanarak düzensizlikten düzen yaratılır. Bu açıdan bakıldığında toplumsal yaşam ne kadar
çok sayıda tersinir olay başarıyorsa o denli canlıdır ve ne kadar canlıysa o kadar çok enerji
tüketiyordur. Toplum bu sayede bir bakıma bünyesindeki düzensizliği yani entropiyi
azaltıyordur. Nitekim dünyadaki çeşitli coğrafyalara bakıldığında enerjinin fazla ve verimli
tüketildiği yerlerde düzenin, aklın egemenliğindeki bir yaşam tarzının var olduğu görülür. Bu
bir rastlantı değildir ve bir toplumun refah yaratıp uygar bir çizgi yakalayabilmesi için,
gereksinim duyduğu kadar enerjiyi rahatlıkla temin edebilmesi gerekir. Enerji, genelde hayat,
özelde insan hayatı için son derece önemli, stratejik bir girdidir. Bu sebeple üzerinde
düşünülmesi, politika ve strateji geliştirilmesi gereken bir konudur.
Bu bağlamda dünyada enerji konusundaki hassasiyet başlıca iki sebebe bağlanabilir.
Birincisi; teknolojik gelişmelerin ve modern yaşamın enerjiye olan gereksinimindeki devam
eden artış, ikincisi ise dünyanın 1970’li yıllarda yaşamış olduğu enerji krizini bir daha
yaşamama isteğidir.
Günümüzün başlıca enerji kaynaklarından olan fosil yakıtların rezerv durumları
incelendiğinde, kömür 235–240 yıl, petrol 45–55 yıl, doğal gaz 65–70 yıl sonra tükeneceği
tahmin edilmektedir. Yeni enerji kaynakları; yenilenebilir olanlar ve nükleer enerjidir. Nükleer
enerjinin ise dünyada ve ülkemizde kullanımı konusunda tam bir güven olmaması ve geçmişte
yaşanan nükleer kazalar, yenilenebilir olan enerji kaynaklarını ön plana çıkarmıştır.
Yenilenebilir enerji kaynakları dendiğinde ilk düşünülenler: güneş, rüzgâr, dalga enerjisidir.
Bu çalışmada rüzgar enerjisi, rüzgar enerjisinin Türkiye’de ve dünyada kullanımı, rüzgar
türbinleri tasarımı ve bileşenleri, çevresel etkileri vs. incelenmiştir.
1
www.muhendisiz.net
BÖLÜM 1
1.1. RÜZGÂR ENERJİSİNE GENEL BAKIŞ
1.1.1 Tanımı, Tarihçesi ve Uygulama Alanları
Güneş enerjisinin karaları, denizleri ve atmosferi özdeş ısıtmamasından oluşan sıcaklık ve
buna bağlı basınç farkları rüzgarı oluşturur. Rüzgar enerjisi ise; rüzgarı oluşturan hava
akımının sahip olduğu hareket enerjisidir. Bu enerjinin belli bir bölümü yararlı olan enerjiye
(elektrik, pompalama, vs.) dönüştürülebilir.
Havanın özgül kütlesi az olduğundan, rüzgardan sağlanacak enerjinin miktarı, yine
rüzgarın hızına bağlıdır. Rüzgarın hızı yükseklikle, gücü ise, hızın küpü ile orantılı olarak artar.
Sağlayacağı enerji; gücüne ve estiği süreye bağlıdır. Özgül rüzgar gücü, hava debisine dik
olarak, birim yüzeye düşen güçtür. Topoğrafik koşullara bağlı olarak, rüzgarın yerden 50 metre
yükseklikteki özgül gücü, rüzgarın hızı 3,5 m/s’den küçük iken 50 W/m2’den az, 11,5 m/s’den
büyük iken 1800 W/m2’den çok olabilir. Dünya yüzeyinin %27’sinde yıllık ortalama rüzgar
hızının, yerden 10 m yükseklikte 5,1 m/s’den büyük olduğu saptanmıştır. Bu alan rüzgar
enerjisi bakımından zengin olan bölgelerin toplamıdır.
Milattan önceki yıllarda kullanılmaya başlanılan rüzgar enerjisi, denizlerde yelkenli
gemilere, karalarda ise, yel değirmenlerine ve rüzgar millerine ana güç kaynağı olmuştur.
Özellikle buğday, mısır öğütme ve su pompalama gibi gereksinmeler uzun yıllar bu yolla
çözülmüştür.Rüzgar enerjisinden elektrik üreten ilk türbin ise 1891’de modern aerodinamiğin
önemli mühendisi olan Paul la Cour tarafından Danimarka’da inşa edilmiştir.
Rüzgar enerjisi kullanımı, M.Ö. 2800’lü yıllarda Orta Doğu’da başlamıştır. M.Ö. 17.
yüzyılda Babil Kralı Hammurabi döneminde Mezopotamya’da sulama amacıyla kullanılan
rüzgar enerjisinin, aynı dönemde Çin’de de kullanıldığı belirtilmektedir. Yel değirmenleri ilk
olarak İskenderiye yakınlarında kurulmuştur. Türklerin ve İranlıların ilk yel değirmenlerini
M.S. 7. yüzyılda kullanmaya başlamalarına karşın, Avrupalılar yel değirmenlerini ilk olarak
haçlı seferleri sırasında görmüşlerdir. Fransa ve İngiltere’de yel değirmenlerinin kullanılmaya
başlaması ise, 12. yüzyılda olmuştur.
Şekil 1.1 – Pers Uygarlığında kullanılan dikey eksen tipli yel bir değirmeni
( www.newton.mec.edu ).
2
www.muhendisiz.net
Resim 1.1
Balıkesir’in Samlı ilçesinden yel değirmeni
( www.safatur.com ).
Resim 1.2
Muğla’nın Bodrum İlçesinden bir yel değirmeni
( www.samli.com.tr ).
Resim 1.3
( www.vestas.com )
Resim 1.4
( www.vestas.com )
Avrupa, haçlı seferlerinde kazandığı bu teknoloji ile, Roma İmparatorluğu’nun kaçırdığı bir
serveti yakalamıştır. Roma İmparatorluğu gücünün zirvesinde iken, para basmak için gereken
altın ve gümüşü Avrupa dışındaki eyaletlerinden sağlamaktaydı. Bu eyaletleri kaybettikten
sonra, Avrupa’daki fakir madenlerin işletilmesi denenmiş, fakat bu madenlerin yüzeysel
kapasiteleri hızla tükenip, derinlere inildikten sonra galerilerden su çıktığından, madenler terk
edilmişti. Altın ve gümüş bulunamayınca paralara bakır katılmaya başlandı. Giderek artan
parasal ve ekonomik bunalımla birlikte, o dönemin yüksek hızlı enflasyonu Roma
İmparatorluğu’nun sonunu getirmişti. Avrupa’nın Orta Çağ karanlığından sıyrılmasında önemli
etmenlerinden birinin, Romalıların terk ettikleri madenlerin yeniden işletmeye açılması olduğu
söylenir. Avrupalılar bunu yel değirmenleri yardımıyla, galeri diplerindeki suları dışarı
pompalayarak, yani rüzgar enerjisini kullanarak başarmışlardır.
3
www.muhendisiz.net
Resim 1.5 – Bir modern rüzgar enerjisi su pompalama sistemi
( www.newton.mec.edu ).
Tarımsal ürünleri öğütmek, su pompalamak, hızar çalıştırmak gibi amaçlarla geliştirilen yel
değirmenleri; Avrupa’da Endüstri Devrimi’ne kadar hızla yayılmışlardır. 18. yüzyılın sonunda
yalnızca Hollanda’da 10.000 yel değirmeni bulunuyordu. Buhar makinesinin yapılması ve
odun, kömür gibi yakıtlardan kesintisiz enerji üretimine başlanması ile, rüzgar enerjisi önemini
yitirmeye başlamıştır. Bununla beraber, rüzgar türbini denilen ve elektrik üretiminde kullanılan
ilk makineler, 1890’ların başlarında Danimarka’da yapılmıştır. Aynı dönemde, bu makinelerin
geliştirilmesi için Almanya’da önemli çalışmalar yapıldığı bilinmektedir. Rüzgar kuvvet
makineleri yerlerini yakıtlı kuvvet makinelerine bırakırken, rüzgar enerjisinin kullanımının
sürmesi için yeni bir teknoloji de başlamıştır. Ancak, 19. yüzyılda geliştirilen ilk rüzgar
türbinlerinin verimi düşüktü.
Şekil 1.2 – Muhtemelen tipinin ilk örneği olan ve Belidor tarafından tasarlanan
4
www.muhendisiz.net
pervane tipi rüzgar türbini (Yalçın, C., 1998, s.18).
1918 yılında Danimarka’da başlatılan bir çalışma ile, 120 kırsal merkezde elektrik
üretimini 20-30 kW’lık rüzgar türbinlerinin kullanımı sağlanmıştı. Rusya’da 1931 yılında 100
kW’lık rüzgar türbini yapılmıştı. 1941 yılında ABD’de Vermont yakınlarında Granpa’s
Knop’da kurulan Putnam rüzgar türbini, 1250 kW gücü ile dönemin en büyük rüzgar kuvvet
makinesi olmuştur. İki kanatlı rotorun çapı 53 m idi. Putnam türbini, modern rüzgar
makinelerinin ilkidir (Resim 1.6). Toplam ağırlığı 250 ton olan bu rüzgar santraline, bir milyon
dolar yatırım yapılmıştı. Ancak titreşim ve malzeme yorgunluğundan dolayı, 26 Mart 1945
sabahı olan bir kazada kanatlarından biri kopmuş, yaklaşık 8 tonluk kanat 230 m uzağa
fırlamıştır.
Resim 1.6– Smith- Putnam rüzgar türbini ( www.newton.mec.edu ).
İkinci Dünya Savaşı’nın ardından 1945’de İngiltere’de başlatılan deneysel çalışmalar
sonucunda, Enfeld’da 10 kW gücündeki Andreu makinesi kurulmuştur. Bu rüzgar türbininin
rotoru üç kanatlı olup, çapı 15 metreydi. 1947 yılında Danimarka’da başlatılan ve modern
yaklaşımlar içeren elektrik üretim amaçlı bir başka çalışmanın son ürünü ise, 1959 yılında
işletmeye sokulan 200 kW’lık Gedser türbini olmuştu. Bu makinenin 24 metre çaplı rotoru üç
kanatlı idi. Aynı dönemde Fransa’da yapılan makinelerden Noeget Le Roi’deki rüzgar türbini
300 kW gücündedir. Bu yıllardaki ilgi artışının sebepleri şu şekilde sıralanabilir;
• Hızla artan elektrik enerjisi talebi karşısında, ekonomik olarak geliştirilebilen
hidroelektrik kaynakların yakıt tedarikinin yetersiz kalması,
• Hidroelektrik santrallerinin ve buhar türbinlerinin oluşturulmasında, hem ilk yatırım
sırasında, hem de enerjinin iletilmesi esnasında hızla artan yüksek maliyetler,
• Savaş sonrasındaki zor ekonomik ve politik koşullar nedeniyle, ülkelerin enerji üretiminde
ithal yakıtlar yerine kendi öz kaynaklarına yönelmesi,
5
www.muhendisiz.net
• Kömür ve petrol türevli kaynakların yakıt olarak kullanımının yüksek hızla artması ve
dolayısıyla rezervlerin azalmaya başlaması,
• Savaş sırasındaki araştırma–geliştirme çalışmalarının sonucunda uçak konstrüksiyonlarında
uygulanan aerodinamik bilgi birikiminin büyük bir oranda artması ve bu bilginin büyük rüzgar
türbinlerinin konstrüksiyonu yolunda kullanılabilirliği,
• Yaygın enerji ağına farklı kaynaklardan enerji ve güç bağlanabilmesinin avantajlarının
değerlendirilmesi,
• Rüzgar türbinleri ile ilgili denemelerin yapılması ve bu tip uygulamaların ekonomik bir tesis
olarak başarılı olmamasına karşın, rüzgar enerjisinden faydalanarak elektrik üreten büyük tesislerin
pratik olarak iyi bir performansla çalışabileceğinin kanıtlanması
1961 yılında Roma’da Birleşmiş Milletler tarafından düzenlenen Enerjinin Yeni Kaynakları
Konferansı’nda ele alınan üç kaynaktan biri rüzgar enerjisi idi. Böylece, çok eskiden buyana
tanınan rüzgar enerjisi, teknolojik gelişmelerle ele alınıyor yeni ve yenilenebilir kaynaklar
arasına sokuluyordu. Ucuz petrol döneminde güncellik kazanmayan rüzgar enerjisi, 1974–1978
yılları arasındaki yapay petrol bunalımları ardından gündeme daha çok girmiştir.
Rüzgar enerjisinin gelişimine, 1980’li yıllarda Uluslararası Enerji Ajansı eşgüdümünde
yürütülen araştırma geliştirme çalışmalarının büyük etkisi olmuştur. Küçük rüzgar türbinlerin
gelişmesine paralel olarak, 1976–1980 yılları arasında piyasanın talebi üzerine birkaç ülke
büyük rüzgar türbinleri için yatırım yapmıştır. Almanya ve dünyada, büyük rüzgar türbinlerin
geliştirilmesi için milyon marklar harcanmış, fakat teknik problemlerle karşılaşılıp olumsuz
düşünceler ortaya çıkınca, destek azalmıştır. İkinci büyük rüzgar türbinlerinin üretimi maliyet
ve performans bakımından başarılı olmasına rağmen tüketiciler tarafından ilgi görmemiştir.
Böylece büyük rüzgar türbinlerinin geliştirilmesi mümkün olmamıştır. 1989 yılından itibaren
Almanya’da rüzgar türbin teknolojisi hızla gelişmiştir. Rotor çapı 25m, çıkış gücü 150-250kW
olan türbinler imal edilmiş ve bunu rotor çapı 30-35m, çıkış gücü 300kW’dan büyük türbinler
izlemiştir. Bu türbinler 2–3 yıl piyasaya egemen olmuştur. 1992 Ağustos ayında ilk TackeWindtechnik’in yaptığı 500kW’lık türbin çalışmaya başlamıştır. Bunu ENERCON’un E40 ve
diğer Avrupalı üreticilerin ürettiği türbinler takip etmiştir. 500kW’lık rüzgar türbinlerinin
gelişmesi için 37m kanat çapında rotor imalatına başlanmıştır. Bunu 46m çapında ve 600kW
gücünde ve özellikle iç bölgelerde, düşük rüzgarlı alanlarda kullanılmak üzere dizayn edilmiş
rüzgar türbinleri izlemiştir. Tacke-Windtechnik’in yaptığı 500kW’lık rüzgar türbinlerinden dört
yıl sonra 1996 yılı sonlarına doğru ENERCON 66m çaplı 1,5 MW gücünde türbin üretmeye
başlamıştır. Bu ilerlemeyi; 66m çaplı ve 1,65 MW gücündeki türbinler izlemiştir. Artık
günümüzde karadaki uygulamalar için 70m, 80m hatta 100m rotor çaplı ve 3 MW gücünde
türbin görmek mümkündür.
Resim 1.7 – ( www.dewind.de )
6
www.muhendisiz.net
Rüzgar enerjisi bakımından deniz alanları karalara göre daha büyük zenginlik gösterdiği
için denizlerde de deniz üstü (Offshore ) rüzgar santralleri kurulmasına başlanmıştır. Birinci
etapta kıyıdan uzaklığı 10km’yi ve derinliği 10m’yi geçmeyen alanlar hedeflenmiştir. İlk deniz
üstü rüzgar çiftliği 5 MW güçle Danimarka’da Lolland adası yakınlarında kurulan Vindeby
rüzgar çiftliğidir. Diğer ülkeler (İngiltere, İsveç) ile birlikte Avrupa’da şu anda 12MW’lı
offshore santrali çalışır durumdadır. 2030 yılında ise Avrupa da rüzgar enerjisi kurulu gücünün
%25’ini Offshore rüzgar çiftliklerinin oluşturacağı beklenmektedir.
Resim 1.8 – ( www.vestas.com )
Resim 1.9 – Offshore rüzgar çiftlikleri ( www.vestas.com )
7
www.muhendisiz.net
1.1.2 Avantajları
Rüzgar santrallerinin avantajları; hammaddelerinin atmosferdeki hava olması,
kurulumları diğer enerji santrallerine göre daha hızlı oluşu, temiz ve sürdürülebilir enerji
kaynağı olmaları, enerjide dışa bağımlılığı azaltmaları, fosil yakıt tüketimini azaltmaları
neticesinde sera etkisinin azaltımına katkıları, her geçen gün güvenirliliğinin artması ile
maliyetlerinin ucuzlaması, bunun yanında rüzgar türbinlerinin kurulduğu arazinin tarım alanı
olarak kullanılabilmesi gibi sıralanabilir.
Rüzgar enerjisinin diğer enerji türlerine göre en önemli avantajı soğutma suyuna ihtiyaç
duymamasıdır. Bu durum rüzgar enerjisini en zararsız enerji kaynağı haline getirmektedir.
Rüzgar tamamen atmosferde güneş etkileşimi ile meydana gelen yatay hava hareketleri
olduğundan, rüzgar kaynaklı enerji üretim sisteminin hammaddesi yani tahrik gücü bedavadır.
Ancak bu hammadde tamamen meteorolojik şartlara bağlı olduğundan yılın her gününde ve
ayında aynı miktarda bulunmaz, değişkenliği oldukça fazladır.
Kurulması diğer enerji santrallerine göre daha hızlıdır. Diğer tüm enerji üretim
birimlerinin planlanması, projelendirilerek inşasının tamamlanması uzun zamanları ve büyü
mali yatırımları gerektirir. Hatta inşaat tamamlandıktan sonra bile hammadde için kaynak
noktaları ile sürekli ulaşım ve taşınım sağlanmalıdır. Türbinlerinin yatırımına karar verdikten
sonra mali bütçenin de hazır olması ile birlikte üç ay gibi kısa bir zamanda inşası tamamlanarak
üretime başlanabilir. Diğer taraftan rüzgar türbinlerinin ömrü 30–40 olarak garanti edildiğinden
yatırım maliyeti uzun vadede azdır, yaklaşık 2–3 senede kendini amorti edebilmektedir.
Enerjide dışa bağımlılığı da azaltan bu rüzgar santralleri teknolojisinin gelişmesi sayesinde de
her gün daha da ucuzlamaktadır.
Rüzgar enerjisi kullanımını artması ve yaygınlaşması ile çevre kirliliğine sebep olan fosil
yakıt kullanımının azalması ve bu sebeple sera gazı artışının da azalması ve ozon tabakasındaki
iyileşmeler ile iklim değişikliği hususunda normale dönüşün sağlanabileceği düşünülmektedir.
1.1.3 Dezavantajları
Büyük ölçekli arazinin gerekliliği, gürültü, görsel ve estetik etkiler, doğal hayat ve
habitata etki, elektromanyetik alan etkisi, gölge ve titreşimler, kesikli bir enerji kaynağı
olmaları ve verimlerinin idealde % 59, pratikte ise %40 ‘lar gibi düşük mertebelerde olması
rüzgar türbinlerinin dezavantajlı yönleridir.
1.1.4 Rüzgar Türbinlerinde Verim ( Betz Limiti )
Rüzgar türbinleri ile ilgili ilk teori 1926 yılında Göttingen Institute’de Dr. Albert BETZ
tarafından ortaya atılmıştır. Bu teoremde, Betz rüzgar rotorunun ideal olduğunu varsayılır.
Diğer bir ifade ile rotor, havaya karşı sürüklenme direnci göstermeyen sonsuz sayıda kanattan
oluşmaktadır. Bu şekilde, rüzgar rotorunun mükemmel bir enerji dönüştürücüsü olduğu
varsayılmıştır. Bu teoriye göre; rüzgar önünde, rüzgarın akış yönüne dik herhangi bir A alanı
içinden birim zamanda taşınan enerji, P ise ;
P= (1/2).m.V1 2
( 1.1 )
olur. Burada m kütlesel debi olup ;
m = ρ.V1..A
( 1.2 )
8
www.muhendisiz.net
ile bulunur. Burada ρ , havanın yoğunluğudur. Bu ifadeyi denklem 1’de yerine yazarsak, güç;
P= (1/2). ρ.A. V1 3
( 1.3 )
olarak bulunmaktadır. Güç, hızın küpü ile orantılıdır. Rotorun önünde oluşan güç, kanatlar
üzerinde F kuvvetlerini oluşturmaktadır. Kanatlar üzerinde oluşan F kuvvetleri Newton’un
dinamiğin ikinci kanundan yararlanılarak bulunabilir. Buna göre F ;
F= m.( V1 – V 2 )
( 1.4 )
olup rotor üzerindeki hız V d iken birim zamanda yapılan iş P r ;
P r = F. Vd . = m.( V1 – V 2 ). V d
( 1.5 )
olur.Buradaki m,rotorlu durumdaki kütlesel debi olup m,
m= F. Vd. A
( 1.6 )
ile ifade edilmektedir..Diğer yandan iş-enerji ilkesine göre birim zamanda kinetik enerji
değişimi,rotor üzerinde birim zamanda yapılan işe eşit alınabilmektedir. Buradan ;
m.( V1 – V 2 ). V d =(1/2).m.( V12 – V 2 2 )
yada ;
Vd
=
( V1 + V 2 ) / 2
( 1.7 )
bulunmaktadır. Yani rotor üzerindeki rüzgar hızı, rotora gelen ve uzaklaşan rüzgar hızlarının
ortalamasıdır. Bu nedenle 5-6-7 no’lu denklemlerden ;
P r = ( ρ.A ) / 4. ( V12 – V 2 2 ). ( V1 + V 2 )
( 1.8 )
olmaktadır.Bu güç fonksiyonunun maksimum değeri uygulamada çok önemlidir.Çünkü
buradan sistemin maksimum verimini tahmin etmek mümkündür.Bu amaçla denklem 8’de
V 2 ‘ ye göre türev alınırsa ;
dP r /dV 2 = ( ρ.A ) / 4. (V12 - 2V1V 2 – 3V 2 2 )= 0
( 1.9 )
Denklem 9’da parantez içi V 2 ‘ye göre ikinci dereceden bir denklem olup, bunun 2. kökü
bulunur.
V 2 = V1 / 3
( 1.10 )
bulunur.Bu kökü denklem 8’de yerine koyarsak maksimum rotor gücü, P r max ;
P r max = ( 8 / 27 ). ρ.A. V1 3
( 1.11 )
olarak çıkmaktadır. Sistemin güç faktörü veya verimi Cp :
9
www.muhendisiz.net
Cp = P r / ρ
( 1.12 )
olup, bunun maksimum değeri , Cp max denklem 3 ve 11 ‘ den ,,
Cp max = P r max / ρ = 16 / 27 = % 59,3
( 1.13 )
bulunmaktadır. 16/27 oranına Betz limiti denmektedir.
İdeal şartlar altında teorik olarak güç katsayısı Cp = 16 / 27 = 0,593 yada diğer anlamda
rüzgar türbininde, teorik olarak esen havada bulunan kinetik enerjinin %59,3’ ünü mekanik
enerjiye dönüştürebiliriz. Gerçek şartlar altında güç katsayısına bütün aerodinamik, sürtünme
vs. kayıpları[1] dahil edildiğinde Cp = 0,5’den daha yukarıya çıkamaz.
1.2. DÜNYADA VE TÜRKİYEDE RÜZGÂR ENERJİSİ KULLANIMI
1.2.1 Dünyada Rüzgâr Enerjisi Kullanımı
Rüzgar enerjisi sektörü her geçen yıl rekor büyüme hızları yakalayarak gelişmesine devam
etmektedir. Dünyada son 15 yılda ortalama % 25 büyüme hızı göstermiştir. Son iki yıllık
büyüme hızları ise sırasıyla % 41 ve % 32 seviyelerine ulaşmıştır. Sadece 2006 yılında 13
milyar Avro’yu aşan yatırım gerçekleştirilmiştir. Rüzgar sanayisinin olduğu ülkelerde iki yüz
binden fazla insan bu sektörde istihdam edilmektedir. 1995 yılında küresel rüzgar enerjisi
kurulu gücü 4 bin 800 megavat iken 2006 yılının sonuna gelindiğinde bu rakam 14 kattan daha
fazla artarak 74 bin 223 megavata ulaşmıştır. Avrupa, rüzgar enerjisi kurulu gücünde %65
oranla en yüksek kapasiteye sahip olmakla beraber, Kuzey Amerika ve Asya ülkeleri de kurulu
güçlerini hızla arttırmaktadırlar
Bir çok ülkede rüzgar gücüne dayalı olarak üretilen elektriğin oranı şimdiden geleneksel
yakıtlarla üretilmekte olan elektrik oranlarıyla başa baş gelmeye başlamıştır. Danimarka’da
ülke elektriğinin şu anda % 20’si rüzgar enerjisinden temin edilmektedir. İspanya’da rüzgar
enerjisinin katkısı % 8 mertebesine ulaşmıştır ve 2010 yılına kadar bu oranın % 15’e
çıkarılacağı planlanmaktadır.
Rüzgar enerjisi gelişiminde yeni bir cephe de deniz üstü potansiyelleri değerlendirme
konusunda açılmıştır. Rüzgar karakteristiklerinin karalardan daha kararlı, karalara kıyasla
enerji üretim miktarlarının yaklaşık yüzde 30 fazla ve gelişen teknolojinin bu potansiyeli
değerlendirmeye ekonomik olarak imkan tanıması deniz üstü rüzgar enerjisi uygulamalarını
özellikle son birkaç yılda ilgi çekici hale getirmiştir.
.
Tablo 1.1- Küresel kamülatif rüzgar enerjisi kurulu güc kapasitesi
10
www.muhendisiz.net
[1], Kayıplar bölüm 3’te inclenmiştir.
Tablo 1.2- Dünya kurulu gücünün ülkelere göre dağılımı
1.2.2 Türkiye’de Rüzgâr Enerjisi Potansiyeli ve Kullanımı
Ülkemizin rüzgarla elektrik enerjisi üretmeye başlaması büyük ölçüde 1990’lı yılların
ortalarında olmuştur. Kasım 2007 itibariye ülkemizde 146,25 megavat işletmede olup 2007 yılı
sonunda 60,40 megavat, 2008 yılında 500 megavat ve 2009 yılında 130 megavat devreye
alınarak toplamda 837 megavat kurulu güce erişilecektir. Tablo 3’de verilen değerler
ülkemizdeki son durumu; Aralık 2007, 2008 ve 2009’da devreye girecek olan rüzgar enerjisi
santralleri için rüzgar türbin üreticisi ile satış anlaşması imzalamış projeleri göstermektedir.
11
www.muhendisiz.net
Tablo 1.3 - İşletmede olan ve devreye alınacak rüzgar santralleri ( EPDK, TÜREB,2007 )
Şu an işletmede ve 2009 yılı ilk yarısına kadar devreye girecek olan rüzgar enerjisi
santrallerinin ülkemiz coğrafyasında dağılımına bakıldığında genellikle Ege, Marmara ve
Akdeniz bölgelerinde yoğunlaştıkları görülmektedir. Bu dağılıma bakıldığında rüzgar enerjisi
santrallerinin genellikle nüfus yoğun bölgelerde olduğu görülmektedir. Aynı zamanda bu
bölgelerde enerji tüketiminin de fazla olduğu düşünülürse bir avantaj olarak kabul edilebilir.
Yani enerjiyi uzak noktalardan bu alanlara iletirken yaşanan problemlere çözüm anlamında
katkı sağlaması düşünülebilir. Ayrıca santrallerin farklı rüzgar rejimlerinde bulunması rüzgarın
değişken yapısından kaynaklanan problemleri gidermede fayda sağlayabilir.
Tamamlanan ve inşa halinde bulunan santrallerin yanı sıra EPDK’ya lisans için başvuran,
lisans alan ve başvuruları uygun bulunan birçok proje bulunmaktadır.
12
www.muhendisiz.net
Şekil 1.3 - Türkiye’deki rüzgar santrallerinin coğrafik olarak dağılımı (EPDK, TÜREB,2007)
Yıllık ortalama değerler esas alındığında, Türkiye’nin en iyi rüzgar kaynağı alanları kıyı
şeritleri, yüksek bayırlar ve dağların tepesinde ya da açık alanların yakınında bulunmaktadır.
Açık alan yakınlarındaki en şiddetli yıllık ortalama rüzgar hızları Türkiye’nin batı kıyıları
boyunca, Marmara Denizi çevresinde ve Antakya yakınında küçük bir bölgede meydana
gelmektedir. Orta şiddetteki rüzgar hızına sahip geniş bölgeler ve rüzgar gücü yoğunluğu
Türkiye’nin orta kesimleri boyunca mevcuttur. Mevsimlik ortalama değerlere göre ise Türkiye
çapında rüzgar kaynağı karmaşık topografyaya bağlıdır. Birçok yerde, özellikle sahil boyunca
ve doğudaki dağlarda kışları daha güçlü rüzgar hızları görülmektedir. Türkiye’nin orta
kesimleri boyunca çoğu yerde rüzgar hızı değerleri mevsimden mevsime nispeten sabittir.
Aylık ortalama değerlere göre ise Türkiye’nin batı sahil bölgesi yanında Marmara Denizi’ni
çevreleyen bölgede kış mevsimi süresince en şiddetli rüzgar hızına sahiptir.
Elektrik İşleri Etüd İdaresi ( EİE ) tarafından yapılan çalışmalar sonucu hazırlanan Türkiye
Rüzgar Enerjisi Potansiyel Atlası ( REPA ) ile denizlerimizde, kıyılarımızda ve yüksek rakımlı
bölgelerimizde daha önce ölçülemeyen yüksek yoğunluklu potansiyeller görünür hale gelmiştir.
REPA, Türkiye rüzgar kaynak bilgilerinin 3-boyutlu bir şekilde görülmesine imkan tanımakta,
zaman, yer ve yükseklikle rüzgar kaynak bilgilerinin değişimi göstermektedir.
13
www.muhendisiz.net
Tablo 1.4 - Türkiye 50m yükseklikteki ortalama rüzgar ölçüm değerleri
Tablo 1.5 - Türkiye deniz kıyısından 50m derinde,50m yükseklikte alınan ortalama rüzgar
ölçüm değerleri
Şekil 1.4 - REPA; Yerden 50 m yükseklikteki rüzgar hızları ( EİE, 2006 )
BÖLÜM 2
2.1 RÜZGÂR TÜRBİNLERİNİN SINIFLANDIRILMASI
2.1.1 RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN TİPLERİ
14
www.muhendisiz.net
Net olarak bir rüzgar türbini için küçük ve büyük güç bölgeleri tanımlanmamış olsa da
mevcut ticari sistemlere bakılarak bir sınıflandırma yapılabilir.Buna göre 100 W'tan - 20 Kw'a
kadar olan türbinler küçük güçlü sistemler,50 kW – 3 MW arası sistemler de büyük güçlü
sistemler olarak değerlendirilebilir. Küçük güçlü rüzgar türbinlerinde yaygın olarak yatay
eksenli türbin sistemleri kullanılmakla beraber, kendine özgü avantajarı nedeni ile düşey
eksenli küçük güçlü türbinlerde kullanılmaktadır. Bu alanda faaliyet gösteren firmaların çoğu
ABD kökenlidir. SWWP,Bergey gibi firmalar uluslararası küçük güçlü rüzgar türbini
ticaretinde önemli bir pay sahibidir.
Rüzgar türbinleri dönme eksenine göre üç gruba ayrılırlar:
* Yatay eksenli rüzgar türbinleri
* Dikey eksenli rüzgar türbinleri
* Eğik eksenli rüzgar türbinleri
a ) Yatay eksenli
b ) Yatay eksenli
c ) Dikey eksenli - Savanius tipi
d ) Dikey eksenli - Darrieus tipi
Resim 2.1 – Yatay ( a-b ) ve dikey eksenli ( c-d ) küçük güçlü rüzgar türbinleri
2.1.1.1 Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri (YERT)
Bu türbinlerde; dönme ekseni rüzgar yönüne paralel, kanatlar rüzgar yönüne diktir
ve kanatların sayısı azaldıkça rotor daha hızlı dönmektedir. Bu türbinlerin verimi yaklaşık
%45’dir. Yatay eksenli rüzgar türbinleri genel olarak yerden minimum 20-30m yüksekte ve
çevredeki engellerden 10m yüksekte olacak şekilde yerleştirilmelidir. Rüzgar hızının, rotor
kanadı uç hızına bölünmesi ile elde edilen orana ‘kanat uç hız oranı (λ)’ denir. Eğer;
λ= 1–5 Çok kanatlı rotor,
15
www.muhendisiz.net
λ= 6–8 Üç kanatlı rotor,
λ= 9–15 İki kanatlı rotor,
λ>15 Tek kanatlı rotor kullanılır.
Yatay eksenli rüzgar türbinleri, farklı sayıda rotor kanadına sahip olan ve rüzgarı önden alan
veya rüzgarı arkadan alan sistemler olarak da çeşitlilik gösterirler.
Rüzgarı Önden Alan Makineler:
Yıllardır yaygın olarak kullanılan bu makinelerde rotor yüzü rüzgara dönüktür. En
önemli üstünlüğü kulenin arkasında olacak rüzgar gölgeleme etkisine çok az maruz kalmasıdır,
yani rüzgar kuleye eğilerek varır. Kule yuvarlak ve düz olsa bile kanadın kuleden her geçişinde
türbinin ürettiği güç biraz azalır. Bu nedenle rüzgar çekilmesinden dolayı kanatların sert
yapılması gerekir ve kanatların kuleden biraz uzakta yerleştirilmesi gerekir. Ayrıca, önden
rüzgarlı makineler, rotoru rüzgara karşı döndürmek için “Yaw” mekanizmasına gerek duyarlar.
Rüzgarı Arkadan Alan Makineler:
Bu makinelerin rotorları kule arkasına konur. Bunların önemli üstünlüğü rüzgara
dönmek için “Yaw”[1] mekanizmasına gerek duymayışlarıdır. Eğer nacelle ve rotor uygun
tasarlanırsa, nacelle[2] rüzgarı pasif olarak izler. Daha önemli bir üstünlük kanatların esnek
özelliğe sahip olmasıdır. Bu, hem ağırlık hem de makinenin güç dinamiği açısından önemli bir
üstünlüktür. Böylece bu makinelerin avantajları; önden rüzgarlı makinelere göre daha hafif
yapılması sonucu kule yükünün azalmasıdır. Ancak, kanat kuleden geçerken meydana gelen
güç dalgalanması, türbine önden rüzgarlı makinelerden daha çok zarar verir.
a-) Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri:
Tek kanatlı rüzgar türbinlerinin yapılmasının sebebi, kanat sayısına göre dönme
hızının yüksek olması ve bu sayede makine kütlesini ve rotorun döndürme momentini
azaltmaktır. Ek olarak rotor kanadı, kanat üzerindeki yapısal yükleri azaltacak mekanizma ve
kanat mekanizma hareketinin pürüzsüz olabilmesi için, tek menteşe ile sabitleştirilip, 2 karşı
ağırlıkla dengelenmelidir. Diğer taraftan tek kanatlı rotorlarda, ilave yüklerden ortaya çıkan
aerodinamik balanssızlık ve mekanizma hareketinin kontrol altında tutulması için hub[3] çok iyi
yapılmalıdır. MBB firması tarafından tasarlanan, her birinin tesis gücü 630kW olan ve rotor
çapı 56m üç tip rüzgar türbini Almanya’nın Wilhelmshaven yakınında çalışmaktadır. En
önemli ticari dezavantajı, 120m/sn civarındaki kanat uç hızının sebep olduğu rotorun
aerodinamik gürültü seviyesidir. Bir kanatlı rüzgar türbinin kanat uç hızı, üç kanatlı rüzgar
türbini ile karşılaştırıldığında, iki kat daha yüksektir ve daha fazla gürültü içermektedirler.
Almanya halkı, gürültü ve görsel rahatsızlık nedeniyle bu rüzgar türbinlerin piyasada
kullanılmasına şans tanımamıştır.
[1],[2][3] ; Yaw, nacelle, hub gibi türbin mekanizma ve parçaları bölüm 3’de ele alınmıştır.
b-) Çift Kanatlı Rüzgar Türbinleri:
Üç kanatlı türbinlere göre rotor maliyetinin azaltılmak istenmesi bu türbin fikrini
doğurmuştur. Birçok ülkede 10m ila 100m rotor çaplı ölçülerde türbinler tasarlanıp, Avrupa ve
ABD’de çalışmaya başlamıştır. Bu ticari türbinlerden sadece birkaç tanesi prototip
durumundan, seri üretime geçebilmiştir. İki kanatlı rotorun balansı, bir kanatlı rotora göre daha
düzgündür. Fakat maalesef iki kanatlı rotorun sebep olduğu dinamik hareketleri önlemek için
ilave teknik güç, maliyetin daha fazla artışına sebep olmaktadır. Hub’ın titreşimi azaltmak için
rotora kadran sistemi ilave edilmiştir. Bu kadran, rotor şaftına dikey ve iki rotor kanadına dik
16
www.muhendisiz.net
yerleştirilir. Üç kanatlı rotorla karşılaştırıldığında en büyük avantajı; kanat uç hızlarının yüksek
olmasıdır. Bu rüzgar türbinlerinin gürültü seviyesinin yüksek olması ve düşük rüzgar hızlarında
(3m/sn) çalıştırılması dezavantajıdır. Günümüzde iki kanatlı rotor, şimdi birkaç ünitedir ve en
az bir an için artan piyasaya dikkat edecek olursak iki kanatlı rotora hiçbir eğilim
bulunmamaktadır.
Şekil 2.1
c-) Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri:
Üç kanatlı modern türbinler, dünyanın her tarafında kullanılmaktadır. Üç kanat
kullanımının asıl sebebi, dönme momentinin daha düzgün olmasıdır. Bu türbinde, türbinin
yapısı üzerinde depolanan yüklerden dolayı salınım yapan atalet momentini olmadığından, hub
içinde titreşimi önleyici pahalı parçalara gerek yoktur. Kanat uç hızı 70m/sn altında
olduğundan gürültünün düşüklüğü, sarsıntısız döndükleri için göz estetiğini bozmamaları
önemli bir avantaj olup, halk tarafından kabulünü sağlamıştır. Küçük güçlü rüzgar
türbinlerinde, üç kanatlı rotor kullanıldığında güç problemleri ortaya çıkar. Bu problemin
çözümü için düşük devirde dönen rotorun devir sayısını 1/n oranında arttıran dişliler kullanılır
ve “Cut in” olarak adlandırılan hız değerine ulaşıncaya kadar, jeneratör boşta çalıştırılır.
Resim 2.1 Üç kanatlı türbinler ( Manisa – Sayalar, WindBlatt, Şubat 2007 sayısı)
d-) Çok Kanatlı Rüzgar Türbinleri:
Çok kanatlı rüzgar türbinleri (rüzgargülleri), rüzgar türbinlerinin gelişmemiş ilk
örnekleridir. Yıllarca sadece su pompalamasında kullanılan bu türbinler, bu işlemdeki moment
gereksiniminin karşılanabilmesi amacıyla, çok kanatlı olarak üretilmiştir. Çok kanatlı rüzgar
türbinleri düşük hızda çalışırlar. Türbin kanatlarının genişlikleri, pervane göbeğinden uçlara
gidildikçe artım gösterir. Pervane mili, dişli kutusuna bağlanarak, jeneratör mili devir sayısı
17
www.muhendisiz.net
artırılır ve otomobillerde uygulama alanı bulan jeneratörler kullanılır. Rüzgargülleri,
rüzgargülü pervane düzleminin rüzgar hız vektörünü her zaman dik olarak alabilmesi için de,
rüzgargülü yönlendiricisi taşımaktadırlar.
2.1.1.2 Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri (DERT)
Dönme eksenleri rüzgar yönüne dik ve düşey olan bu türbinlerin kanatları da düşeydir.
dikey eksenli rüzgar türbinleri rüzgarı her yönden kabul edebilme üstünlüğüne sahiptir. Bu
türbinler rüzgarı sürükler veya kaldırır. İlk harekete geçişleri güvenilir değildir. Bu türbinlerin
verimi yaklaşık %35’dir Türbinlerin üreteç ve vites kutusu toprak seviyesinde
kurulabildiğinden kuleye gerek duymazlar. Bu yüzden düşük rüzgar hızlarında çalışmak
zorunda kalırlar ve “Yaw” mekanizmasına ihtiyaçları yoktur. Düşük rüzgar hızları ve az
miktarda su pompalamak için tasarlanmışlardır. Kanat sayısının artması malzeme ağırlığını da
beraberinde getirdiğinden, yüksek rüzgar hızlarında verimsiz çalışır. Rotor çapı 5m olan
türbinden yaklaşık 0,5kW güç elde edilir. Bu türbinleri yer yüzeyine bağlayabilmek için çelik
halatlara gereksinim duyulmaktadır.
a-) Savonius Rüzgar Türbinleri:
Savonius rüzgar türbinleri, 1925 yılında Finlandiyalı mühendis Sigurd J. Savonius
tarafından keşfedilmiştir. İki yatay disk arasına yerleştirilmiş ve merkezleri birbirine göre
simetrik olarak kaydırılmış, “kanat” adı verilen iki yarım silindirden oluşmaktadır. Belirli bir
hızla gelen rüzgarın etkisiyle, çarkı oluşturan silindirin iç kısmında pozitif ve dış kısmında
negatif bir momentin olmaktadır. Pozitif moment, negatif momentten daha büyük olduğundan,
dönme hareketi pozitif moment yönünde sağlanır. Diğer dikey eksenli rüzgar türbinlerine göre;
düşük rüzgar hızlarında iyi başlangıç karakteristiklerine sahip olması, yapımının kolay ve ucuz
olması, rüzgarın yönünden bağımsız olması ve kendi kendine ilk harekete başlaması gibi birçok
üstünlüklere sahip olan Savonius rüzgar türbinlerinin, aerodinamik performansı düşük olduğu
için ilk uygulama alanları; havalandırma, su pompalama gibi kısıtlı alanlar olmuştur. Savonius
rüzgar türbinlerinin birçok üstünlüğü bulunmasına rağmen, aerodinamik performanslarının
düşüklüğü nedeniyle kullanılmamaktadır. Son yıllarda yapılan Savonius rüzgar türbinleri
çalışmaları, aerodinamik performansın geliştirmesi yönünde olmuştur. Aldoss ve Najjar, bu
çarkın performansı üzerine; “sallanan kanatlı çark” kullanarak deneysel bir çalışma
yapmışlardır. Çalışmalarında Savonius rüzgar türbinlerinin performansını, hem rüzgarın
gerisinde hem de rüzgara doğru, çark kanatlarının bir optimum açı ile geriye doğru salınmasına
müsaade ederek geliştirmişlerdir. Reupke ve Probert, Savonius rüzgar türbinlerinin çalışma
etkinliğini arttırmak için, türbin kanatlarının kavisli kısımlarının yerine bir sıra menteşelenmiş
kanatçıklar yerleştirmiştir. Kanatçıklar rüzgara doğru ilerlerken, rüzgar basıncının etkisinde
otomatik olarak açılmış ve daha az akış direnci elde edilmiştir. Kanatçıkların ilk konuma
gelirken, tekrar otomatik olarak kapandığını tespit edip, çok düşük uç hız oranlarında,
düzeltilmiş parçalı kanatlı çarklardan, klasik Savonius türbinlerine oranla daha yüksek
momentler elde edildiğini belirlemişlerdir.
18
www.muhendisiz.net
Resim 2.2 Üç katlı Savonius rüzgar türbinin( www.gyte.edu.tr )
b-) Darrieus Rüzgar Türbinleri:
1931 yılında Fransız mühendis George J.M. Darrieus tarafından icat edilmiştir. 1970 ve
1980’lerde Amerika ve Kanada’da Darrieus türbinlerinin kanat dizaynları üzerine geniş
çalışmalar yapılmıştır. Kanatları geometrik formlu aerodinamik profile sahip olduğundan
yüksek performanslıdır. Kanatlardaki hafif eğim sayesinde kanatlardaki çekme gerilimleri
minimuma iner. Yüksek hızlarda çalışabilir ve türbin; 2 veya 3 kanatlı olur. İlk hareket için
Savonius rüzgar türbini veya bir tahrik motoru gerekmektedir.
c-)H-Darrieus Rüzgar Türbinleri:
Dikey eksenli en önemli rüzgar türbinlerinden biridir. Darrirus rüzgar türbinlerinin
geliştirilmesiyle meydana gelen daha karmaşık tipte bir türbinidir.Darrirus türbinlerinden iki
önemli farkla ayrılır. Bunlar:
*Aerodinamik profili düzdür,
*Kanatlara pitch[4] kontrol uygulanır.
2.1.1.3 Eğik Eksenli Rüzgar Türbinleri ( Wagner Rüzgar Türbinleri )
Dönme eksenleri düşeyle, rüzgar yönünde bir açı yapan rüzgar türbinleridir. Bu tip
türbinlerin kanatları ile dönme eksenleri arasında belirli bir açı bulunmaktadır.
2.1.2 RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN BİRBİRLERİ İLE KARŞILAŞTIRILMASI
Rüzgar çiftlikleri kurulumunda; rüzgar şartları, kurulacak alan ve ciddi kayıplardan
kaçınmak için rüzgar türbinlerin özellikleri bilinmelidir. Rüzgar türbinleri incelendiği üzere
kanat çeşitleri, rüzgarı alış şekilleri ve kullanım alanlarına göre birkaç çeşitte imal
edilebilmektedir. Aşağıda tablo 2.1, tablo 2.2 ve tablo 2.3’de rüzgar türbinlerinin birbirleri ile
çeşitli özellikleri ve tipleri dikkate alınarak kıyaslanması verilmiştir. Bu tablolarda; türbinin
kullanış amacı, bölgedeki rüzgar ve maddi imkanlara göre nasıl bir türbin seçimi gerektiği veya
kurulmak istenen türbinin özellikleri görülmektedir.
[4] , pitch kontrol bölüm 3’te ele alınmıştır.
19
www.muhendisiz.net
Tablo 2.1 Büyüklüklerine göre türbinlerin karşılaştırılması
Tablo 2.2 Rüzgar alış yönüne göre türbinlerin karşılaştırılması
Tablo 2.3 Kanat çeşitlerine göre türbin çeşitlerinin karşılaştırılması
.
Yerel yüzey yapısı, bitki örtüsü ve yüksek bina gibi engeller rüzgar hızını etkileyen
faktörlerin başında gelmektedir. Türbinler düz tepelerde, en yüksek noktaya; vadi, kanyon ve
geçitlerde ise hakim rüzgarı alabilecek ve tüketiciden uzak olmayacak şekilde yerleştirilmelidir.
Kanat yerleşiminde, asgari kanatın yerden 3m yüksekte olması ve kullanım yerinden 40m
uzakta olması avantajdır. Rüzgar çiftliklerinde yapılan düzenlemelerde her bir türbin, rüzgarı
en iyi alacak şekilde ve birbirlerinin arkasına, gölgeleme etkisi en az olacak şekilde
yerleştirilmesine dikkat edilmelidir.
Sonuçta ticari olarak en çok kullanılan türbin çeşitleri YERT’lerdir. Bu türde: kanat
çapları 100m ve kule yükseklikleri 105m olan türbinler bulunmaktadır. Belirli bir uygulamada
kullanılan rüzgar türbinleri o uygulamanın gerektirdiği özelliklere sahip olmalıdır. Çok hızlı
dönen bir kanat, çok yavaş dönen fakat çok kanatlı bir pervane ile aynı düzeyde enerji
toplamaktadır. Böylece az kanat yapılması malzeme tasarrufu sağlayıp maliyeti ve kule
ağırlığını düşürmektedir. Ana amaç verimin yüksek, maliyetin düşük olmasıdır. Küçük bir
arazide rüzgar türbinlerinin sayısının artışı ile toplam enerji miktarında artma olmasına rağmen,
rüzgar çiftliğinin veriminde azalma görülür. Bu nedenle arazi özelliklerine, rüzgar hızına ve
kullanım amacına uygun türbinler seçilmelidir.
20
www.muhendisiz.net
2.2 RÜZGAR KAYNAK ALANLARININ BELİRLENMESİ VE YER SEÇİMİ
Bir bölgenin rüzgar potansiyelinin sistemli olarak değerlendirilebilmesi için en azından
bir yıl, belli zaman aralıklarında rüzgar hızı ölçümlerinin alınması ve bunların kaydedilmesi
gerekmektedir. Bu işlem türbin kurulması planlanan noktada, türbinin hub yüksekliğine
yerleştirilen rüzgar hızı ölçer ( anemometre ) ile yapılmaktadır. Rüzgar türbinleri çevredeki
engellerin rüzgârı kesemeyeceği yükseklikte bir kule üzerine yerleştirilirler. Zira rüzgâr hızı
hem yükseklikle artmakta, hem de daha az değişken olmaktadır. Daha çok elektrik üretmek için
türbinlerin rüzgâr hızının sabit olduğu alanlarda kurulması uygundur. Ölçüm işlemleri sırasında
ölçüm aralıklarının rüzgar enerjisi yoğunluğu hesaplarına etkisi göz önünde bulundurulmalıdır.
Resim 2.3 Rüzgar hızı ölçer ‘ Anemometre ‘ ( www.enercon.de )
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı tarafından yayımlanan rüzgar enerjisi potansiyelinin
değerlendirilmesi hakkındaki yönetmeliğinin ikinci kısım madde 5-1’inde belirtildiği gibi güç
yoğunluğu en az 250 W/m2 olan santral kurmaya elverişli alanlar rüzgar kaynak alanı olarak
belirlenmiştir ve başvuruların teknik değerlendirmesi sırasında santral alanında güç yoğunluğu
300 W/m2 ’ nin altında olan başvurular EİE tarafından değerlendirmeye alınmamaktadır.
Kaynak alanların belirlenmesi sırasında EİE tarafından internet üzerinden yayımlanan
rüzgar kaynak alanlarının pafta adı, UTM[5] koordinatları, topoğrafik özellikleri, rüzgar
özellikleri, güç yoğunluğu, referans kurulu gücü[6] ve bu güçte üretilebilecek yıllık elektrik
enerjisi miktarı[7], mülkiyet, kullanım ve ulaşım durumu, alanın yakın çevresi ile ilgili
bilgilerden yararlanılmaktadır.
[5] ; altı derecelik dilim esasına göre verilen koordinat,
[6],[7] ; referans rüzgar türbini teknik özellikleri ve bu güçte üretilebilecek yıllık elektrik enerjisi miktarının
hesaplama yöntemi, rüzgar enerjisi potansiyelinin değerlendirilmesi hakkındaki yönetmeliğin sırasıyla ek-1 ve
ek-2’sinde mevcuttur.
21
www.muhendisiz.net
BÖLÜM 3
3.1 RÜZGAR TÜRBİN BİLEŞENLERİ
Rüzgar türbinlerinin bileşenleri ; kanatları, hubu, aerodinamik kontrol ara yüzünü
içeren rotor , dişli kutusu , generatör mekanik frenleme , şaft , rüzgar geliş yönüne göre rotoru
kontrol eden ve sapmaları kontrol altında tutan ,motor , frenleyici ve metal plakalardan oluşan
yaw mekanizması,nacelle, pitch kontrol gibi kısımları içeren drive train ve kuleden oluşur..
Aşağıda rüzgarı önden alan yatay eksenli türbinler için bu kısımlar ayrı ayrı
incelenmiştir.
3.1.1 ROTOR
Rotor türbin bileşenleri arasında benzersiz olan bir yapıdadır. Diğer birçok
makine türünde sürücü, frenleme gibi bileşenler olmasına rağmen sadece rüzgar türbinlerinde
rüzgarın yan tahrik edici kuvvetin geliş açısına bağlı olarak yön değiştiren ve önemli miktarda
güç eldesi amaçlayan rotor yapıları tasarlanmaktadır. Rotor; kanatlar, aerodinamik control
arayüzü ve kanatlar ile düşük hız şaftı arası bağlantı noktası olan hub’dan oluşur.
3.1.1.1 Kanatlar ( Blades )
Kanatlar, rüzgarın kinetik enerjisini mekanik enerjiye çeviren ve böylece
generatörün enerji üretimi için gerekli olan torkun üretimini sağlayan, rotorun ene temel
bileşenidir.kanat yapılarıyla ilgili olan önemli iki nokta ; kanatların aerodinamik yapısı ve
yapıda kullanılan malzemelerdir.
Kanat aerodinamiğine etkiyen birinci faktörler;
·
·
·
·
·
·
Üretilmek istenilen gücün ve bölgedeki rüzgar hızının seviyesi,
Sağlamlık
Kanat sayısı
Rotorda uygulanacak olan hız kontrolü ( stall veya pitch kontrol ),i
Rüzgarı önden ya da arkadan alacak olan yapılardan hangisinin seçileceği,
Devrilme hızı oranı.
Şekil 3.1 Aerodinamik yapıya göre kanat yapıları
22
www.muhendisiz.net
Şekil 3.2 Uca doğru sivrilen yapıda ( Linear Taper ) kanat kesiti. ( GASCH, 1996 )
Kanatların yapımında ise 1940 yapımı 1250kW2lık smith-putnam ve 1950 yapımı
200 kw’lık Gedser türbinlerinde olduğu gibi 1960’lere kadar yapılan türbinlerin brçoğunda
malzeme olarak çelik evsaflı bileşenler kullanılmaktaydı. 1970’lerden sonra ise polyester
reçine içine yerleştirilmiş fiberglas , ahşap-epoksi karışımı bileşenlerinden ve alüminyumdan
oluşan komposit malzemeler kullanılmaya başlanmıştır. Kanadın gövdesinde köpüksü
malzeme kullanılmaktadır.
Şekil 3.3 Kanat aksiyel kesiti ( Peery and Weingart, 1980 )
Resim 3.1 Fiberglas malzemenin kanat içyüzeyine yerleştirilişi
23
www.muhendisiz.net
3.1.1.2 Aerodinamik Kontrol Arayüzü ( Aerodinamik Control Surface )
Rotor aerodinamiğinin değiştirilmesi için hareket ettirilebilen ve mevcut farklı
tipleriyle kanatlara dahil olan kısım olup kullanılan kontrol yöntem çeşidine bağlı olarak farklı
yapılara sahip olabilirler.
Şekil 3.2 Eğik eksenli aerodinamik frenleyici
3.1.1.3 Hub
Türbinde kanatlar ile ana şaftı ve dış boyunduruk kısmından sabitlenerek
nacelleyi birleştiren bileşendir.Türbinin sağlıklı çalışabilmesi için hubun kanatlardan aktarılan
tüm kuvvet bileşenlerine karşı dayanıklı olması gereklidir.Genel olarak çelik, kaynak ve döküm
malzemelerden imal edilirler.
Şekil 3.4 Hub – şaft bağlantısı
Modern türbinlerde kullanılan, bağlantı şekillerine göre üç farklı tip hub imal edilmektedir.
i ) Rigit hub
ii ) Hinged hub
iii ) Teetering hub
24
www.muhendisiz.net
Şekil 3.5 Farklı hub seçenekleri
a)
b)
c)
Resim 3.3
a ) Üç kanatlı türbin için hazırlanmış teetering hub
b ) Kanat bağlantıları
c ) Root mekanizması
25
www.muhendisiz.net
3.1.2 DRIVE TRAIN
Main şaft, coupling, dişli kutusu ( gearbox ), fren mekanizması ( break ),generatör
ve kule üzerindeki kafa kısmı olan nacelleyi kapsayan ; elektrik enerjisinin üretildiği ana
kısımdır.Drive train bileşenleri şekil 3.4’de görülmektedir.
Şekil 3.6 Drive train ve bileşenleri
3.1.2.1 The Main Shaft ( Ana Şaft )
Düşük hız şaftı veya rotor şaftı olarak da adlandırılan ana şaft rotordan alınan
torku drive train’e aktaran ve aynı zamanda rotor ağırlığını da taşıyan kısımdır.Çelik özlü
malzemeden imal edilir. Hava kabarcığı, çatlak gibi mukavemeti azaltacak etkilere karşı
rontgen çekilerek kullanım öncesi kontrolü yapılır.
26
www.muhendisiz.net
3.1.2.2 The Couplings ( Ara bağlantı Elemanı )
Ana şaft ile generatöre giden çıkış şaftını bağlayan arayüz elemanıdır.Ana
şaft ile dişli kutusu arasına bağlantı yapan coupling 1 ve dişli kutusu ile çıkış şaftı ve
generatöre bağlantı yapan coupling 2 olmak üzere iki ayrı yerde kullanılır.
3.1.2.3 The Gearbox ( Dişli Kutusu )
Ana şafttan alınan , ortalama 50 d/dk olan dönel hareket hızını 50 Hz için
1500 d/dk ‘ ya , 60 Hz için 1800 d/dk ‘ya çıkartan çark sistemidir.Paralel şaft dişli kutusu ve
planetary ( gezgin ) dişli kutusu olmak üzere iki temel tipi vardır.
Resm 3.4 Paralel şaft dişli kutusu
Dişli kutusu dizaynında ve seçiminde dikkate alınması gereken hususlar ;
* Hangi tip dişli kutusunun kullanılacağı
* Ana şafttan ayrı (separated gearbox) veya anaşaft ile bütünleştirilmiş (integrated gearbox)
yapılardan hangisinin tercih edileceği
* Çevirme oranına göre dişli sayısı
* Ağırlığı ve fiyatı
* Süreksizliğe karşı vereceği cevap
* Ses
* Verimliliği ve yağlama durumu
Şekil 3.7
27
www.muhendisiz.net
3.1.2.4 The Generator ( Generatör )
Generatör, rotordan gelen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren
makinedir.Şebeke veya sabit yük bağlantısında kesintisiz, düzgün bir sinüzoidal gerilim elde
edebilmek için generatör rotorunun sabit yada sabite yakın hızda en önemli koşuldur.Rüzgar
türbinlerinde senkron,asenkron ve fırçasız DC makineler generatör çalıştırılmada en çok
kullanılan makinelerdir..
Senkron Generatör :
.
Rotor sargılarına verilen DC uyarma ile oluşan DC manyetik alan, uygulanan
tahrikle endüvi sargılarında AC gerilim endüklenmesini sağlar.Direkt şebeke bağlantılı
yapıların yanı sıra çoğunlukla sabit mıknatıslı permanent magnets kullanılan makinelerde güç
elektroniği elemanlarıyla hazırlanan konverter-akü-inverter grupları kullanılarak besleme
sağlanır.Senkron makinelerde uyarma akımının gerekliliği ve büyük güçlerde doğrultucu
kullanımındaki zorluklar nedeniyle asenkron generatör kullanımı yaygınlık kazanmıştır.
Asenkron Generatör :
Asenkron makinelerde rotor hızı senkron hızın üzerine çıkarıldığında s kayması
negatif değer alır ve makine generatör olarak çalışır.( s<0 ; n>ns ).
Rotorda endüklenen emk kaymanın negatif olmasından dolayı negatif işaret
değeri alır.Bu sebeple bu gerilimin ürettiği akımın yönü şebekeye doğrudur.Makine
mıknatıslanma için gereken reaktif gücü şebekeden çekerken şebekeye aktif güç verir.
Şekil 3.8 Farklı frekanslarda kayma değerine göre makinenin çalışma şekli
Asenkron generatörün şebekeye paralel bağlanması için gereken koşullar, frekans
eşitliği ve her iki tarafta faz sıralarının aynı olmasıdır. Birinci koşul generatörün kutup sayısına
göre senkron hızı ve negatif kayma sınırını belirker. İkinci koşul ise ise döner alan yönünü
belirler. Bu koşula göre döner alan yönlerinin aynı olması gerekir, çünkü makine şebeke
tarafından yönlendirilir ve tahriğin tersi yönüne doğru çalışır ve bu durumda hasar verici
durumlar ortaya çıkar.
Eğer asenkron generatörün şebekeye paralel bağlanmadan tek başına bir yük
grubunu beslemek durumunda olduğu otoprodüktör santrallerde, çalışma koşulları tamamen
değişir. Şebeke olmadığı için mıknatıslanma akımını çekecek kaynak yoktur ancak, mutlaka
temin edilmelidir. Bu nedenle asenkron makineye endüktif güç verebilecek kaynak bulmak
gerekir. Bu kaynak ise bie kondansatör grubudur. Bu grup makinenin hemen yanına yerleştirilir
ve asenkron makineye gereken reaktif mıknatıslanma akımını verir. Ancak kondansatör
grubundan akım elde edebilmek için , Ohm yasasına göre gerilime gerek vardır.Şebekeden
uzak, elektrik enerjisinin olmadığı yerlerde bu akımın elde edilmesi makinenin içinde kalıcı
28
www.muhendisiz.net
mıknatıslıktan oluşan gerilimin va4rlıına bağlıdır.Kalıcı mıknatıslık ve kalıcı gerilim ,
makinede kullanılan malzemenin ferromanyetik yapısından kaynaklanır. Stator sargısı ile stator
ve rotordan oluşan manyetik devrenin B-H karakteristiği, eksenlerde yapılan değişiklikle, aynı
zamanda ölçek farkı ile gerilim düşümleri ihmal edilirse V1=f(Im) eğrisini verir ve buna
mıknatıslanma karakteristiği denir. Bu durumda önemli olan kullanılacak olan kapasitenin
değerinin belirlenmesidir. Makinenin kendin uyarabilmesi için sargılardan akacak akımın Im
kadar olması gerekir ve bu da kondansatör akımına eşit olması gerekir.
C = Im / Vr.ώs
(3.1)
Şekil 3.9 Asenkron makine
Rüzgar türbin uygulamalarında özellikle1-1.5 MW üzeri güçlerde asenkron generatör
tercih edilmekte olup güçlerine göre yükseltici transformatöre iletilmek üzere çıkış gerilimi
1000 V’a kadar olan generatörler kullanılmaktadır.[8]
DC Generatör :
DC generatörler özellikle ilk rüzgar türbin uygulamalarında akü şarj ve
inverter blokları kullanılarak tercih edilmiştir. Günümüzde fırça ve kolektör sisteminden
kaynaklanan komutasyon sorunları nedeniyle sadece fırçasız DC generatörler, daha çok küçük
güçlü uygulamalarda ve dikey eksenli uygulamalarda tercih edilmektedir.
Rüzgar türbin uygulamalarında permanent magnets uygulamalarına da sıkı
sık rastlanmaktadır. Özellikle 10 Kw’ya kadar olan güçlerde kullanılan bu generatörlerin
sağladığı manyetik alan sayesinde alan oluşturmak için ekstra akıma ihtiyaç kalmamaktadır.
Örneğin manyetiklerin direkt olarak dökümden yapılan alüminyum rotorla bağdaştırıldığı
uygulamalarda kayma halkalarına veya fırçalara ihtiyacın olmaması gibi avantajlar söz
konusudur. Çoğunlukla direkt olarak AC şebekeye bağlanmak yerine değişken gerilim üretimi
söz konusu olduğundan yine AC ≈ DC ≈ AC dönümüyle bağlantı söz konusudur.
29
www.muhendisiz.net
3.1.2.5 The Break ( Frenleme Mekanizması )
Rüzgar türbinlerinin hemen hepsi mekanik bir fren mekanizmasına sahiptir.Frenleme
sistemi disk ve kavrama ile yapılan iki ayrı yapıda olabilir.Önemli olan frenlemenin devreye
giriş süresinin kısa olması ve enerji absorbsiyon kapasitesinin yüksek olması yani rotorden
gelen mekanik enerjiye karşı ataleti koruyabilmesidir.Mekanik frenlemeye ek olarak elektronik
temelli dinamik frenleme de kullanılmaktadır.
3.1.2.6 The Electronic Controllor ( Elektronik Kontrolör )
Elektronik kontrolör, rüzgâr türbininin şartlarını sürekli olarak takip eden ve
yaw mekanizmasını kontrol eden bir bilgisayar bulundurur. Herhangi bir arıza (dişli kutusu
veya jeneratörün aşırı ısınması gibi) durumunda türbini otomatik olarak durdurur ve türbin
operatörü bilgisayarına modem hattı ile çağrı mesajı gönderir.
3.1.2.7 Anemometer and Wind Vane ( Anemometre ve Rüzgâr Vanası )
Rüzgârın hızını ve yönünü ölçmek için kullanılırlar. Rüzgâr hızı 4 m/s’ye ( cutin) eriştiğinde türbini harekete geçirmek için rüzgâr türbininin elektronik kontrolcüsü
tarafından anemometrenin gönderdiği elektronik sinyaller kullanılır. Eğer rüzgâr hızı 25 m/s’i
( cut-out ) aşarsa bilgisayar, türbini ve çevresindekileri korumak için rüzgâr türbinini otomatik
olarak durdurur. Rüzgâr vanasından gelen sinyaller, rüzgâr türbini elektronik kontrolörü
tarafından alınarak, yaw mekanizması yardımıyla rüzgâra karşı türbini döndürmek için
kullanılır.[9]
3.1.2.8 Yaw Sistemi
Yaw mekanizması, rüzgâr vanasını kullanarak rüzgâr yönünü belirleyen elektronik
kontrolcü tarafından işletilir. Rüzgâr yönü değiştiği zaman, normal olarak o anda yaw sadece
bir kaç derece kadar olacaktır. Rüzgâra karşı nacelle ile rotoru döndürmek için elektrik
motorlarını kullanır.
Şekil 3.10 Tipik bir yaw mekanizması ve fren sistemi
30
www.muhendisiz.net
[8], [9] ; çıkış gerilimi ile cut-in ve cut-out değerleri Vestas V-90 (3.0MW) modeli için verilmiştir
3.1.2.9 The Nacelle
Rüzgâr türbininin kule üzerindeki kafa kısmı olup dişli kutusunu ve jeneratör dahil ana
parçalarını içine alır. Servis personeli nacelleye türbin kulesinden girebilir. Nacellenin solunda
rüzgâr türbin rotoru, rotor kanatları ve hub bulunur
Resim 3.5 Nacelle
3.1.3 KULE
Rüzgâr türbininin kulesi, nacelle ve rotoru üzerinde taşır. Genellikle kulenin
yüksek olması bir avantajdır çünkü rüzgâr hızları yerden yükseldikçe artar. Tipik olarak 600
KW lık modern bir rüzgâr türbininin kulesi 40–60 m yükseklikte iken 3 MW gücündeki Vestas
V–90 modeli 105 m yüksekliğine ulaşmaktadır. Kuleler ya tüp ya da kafes biçimindedir. Tüp
biçimli kuleler çalışanlar için daha avantajlıdır, çünkü gerektiğinde bir merdivenle içerden
türbinin tepesine çıkmak daha kolaydır. Kafes kulelerin avantajı esas olarak ucuz oluşlarıdır.
a) Tüp tipi kule
b) Kiriş-makas tipi kule
c) Guyed tipi,farklı noktalardan
destek alan kule
Resim 3.6 Farklı kule seçenekleri
31
www.muhendisiz.net
Kule yapımında materyal olarak çoğunlukla çelik yapı kullanılmasına rağmen kısmen
güçlendirilmiş beton yapılar da kullanılmaktadır.korozyona uğrama ihtimaline karşın çelik
galvanize edilir.
Rüzgâr türbinleri çevredeki engellerin rüzgârı kesemeyeceği yükseklikte bir kule üzerine
yerleştirilirler. Zira rüzgâr hızı hem yükseklikle artmakta, hem de daha az değişken olmaktadır.
Bunun yanında maliyet artmaktadır.
3.2 KAYIPLAR
Optimal bir rüzgar türbini pervanesinden alınabilecek güç en çok;
Pp = CpBetz . 1/2 . ρ . A . Vr3
( 3.2)
Pp = 0,5926 . 1/2 . ρ . π . R2 . Vr3
olabilir. Fakat uygulamada bu değere ulaşılamaz. Bunun nedenleri kayıplardır.
Pervanedeki bu kayıplar 3 ana başlık altında toplanırlar.
i ) Profil Kayıpları: İhmal edilen direnç kuvvetlerinden kaynaklanırlar.
Hesaplamalarda,
λA = Vç/Vr = R . n . π/ (30. Vr)
( 3.3)
ε = CA/ CW
( 3.4)
ξProfil(ΛA, ε) = 1-λ A/ε
( 3.5)
ile dikkate alınır. Burada dizayn devirlilik sayısı (λ A), çevresel hız (Vç) kayma sayısı
(ε ), kaldırma kuvveti kat sayısı (CA), direnç kuvveti kat sayısı (CW) ile gösterilir.
ii )Uç Kayıpları: Kanat ucunda, profil alt kısmından profil üst kısmına doğru
hava akımı oluşur. Kanat uçlarındaki bu akım ile kanada gelen hava akımı üst üste binerek,
gittikçe genişleyen girdap oluştururlar. Hesaplamalarda bu kayıp;
ξuç(Z, λ A) = 1- [1,84/(Z. λ A)
( 3.6)
ile dikkate alınır. Burada kanat sayısı (Z) ile gösterilir.
iii ) Girdap Kayıpları: Betz Kriteri’ne göre rüzgar hızı, pervane düzlemi öncesi
ve sonrasında doğrultusunu değiştirmez. Halbuki kanada çarpan hava kütlesi, kanat sonrasında
doğrultusunu değiştirir ve girdap oluşturur. Girdap kayıpları Schmitz tarafından verilen
CPschmitz - λ A eğrisi yardımıyla hesaba katılır.
CPschmitz - ΛA eğrisi Şekil 3.11 verilmiştir.
32
www.muhendisiz.net
Şekil 3.11 CPschmitz - ΛA eğrisi
Sonuçta, bir rüzgar türbini pervanesinin gerçek güç faktörü;
CPgerçek = CPschmitz(λ A) . ξProfil(λ A, ε) . ξuç(Z, λ A)
bağıntısı ile bulunur.
33
( 3.7)
www.muhendisiz.net
SONUÇ
Enerji, insan hayatında tartışılmaz bir öneme sahiptir. Yaşamın devam etmesinde
sudan bile daha önemlidir. Bu yüzden, insanoğlu daha ilk çağlardan beri ona hakim olmaya
çalışmıştır. Başlangıçtan bugüne hep var olan enerjiyi, insanoğlunun gerçek anlamda ilk
kullanması, ateşin bulunması ile başlamıştır.
17. yüzyılda buhar makinelerinin bulunması ile ülkelerin gündemine giren enerji, her
geçen gün daha çok önem kazanmıştır. Günümüzde de enerji kullanımı, ülkelerin gelişmişlik
düzeyini belirleyen birincil bir parametredir.
Enerji, değişik kriterlere göre sınıflandırılsa da, en genel haliyle 7 grupta
incelenmektedir. Bu gruplar; mekanik (kinetik ve potansiyel) enerji, ısıl (termik) enerji,
kimyasal enerji, elektrik enerjisi, ışın enerjisi, atom (çekirdek) enerjisi ve birleşme (fizyon)
enerjisidir. Bu sınıflandırmada elektrik enerjisi, diğer enerji çeşitlerine göre iletilmesi ve
transformasyonu en kolay olandır. Dolayısıyla günlük hayatımızda farkında olarak ya da
olmayarak en çok karşılaştığımız enerji türü olan elektrik enerjisi, aynı zamanda ihtiyacımızın
en çok olduğu enerji türüdür. Kalkınmakta ve nüfusu hızla artan bir ülke olan Türkiye’nin,
daha büyük bir hızla, elektrik tüketimi artmaktadır. Bu yüzden tıpkı kalkınmakta olan diğer
ülkeler gibi Türkiye’nin de yeterli elektrik enerjisine şiddetle ihtiyacı vardır.
Yetersiz olan kaynak rezervlerinin daha iyi kullanılması ve zor durumda olan
ekonominin rahatlaması için; acilen alınacak olan önlemlerle, bu oranın dünya standartları olan
%5’e düşürülmesi gerekmektedir. Alınacak olan bu önlemler ve yapılacak olan yeni santraller
sayesinde elektrik tüketiminde dışa bağımlılık ortadan kalkabilir. Bunun yanında bütün bu
kayıp ve kaçaklar elektriğin maliyetini önemli ölçüde artırmaktadır.
Özellikle sanayinin devamını sağlamak için; ucuz enerjiye ihtiyaç vardır. Çünkü enerji
maliyeti toplam maliyet içinde büyük bir yer tutar. Birçok sanayi kuruluşu ve organize sanayi
bölgesi, maliyetleri düşürmek için kendi mobil dizel santrallerini kurmuşlardır. Fakat çözüm
çevreyi kirleten bu eski teknolojide değildir. Bunların yerine ucuz, bol ve temiz olan
yenilenebilir enerjilere gerek vardır. Rüzgâr enerjisi de bu yeni ve temiz enerji türlerinden
biridir.
Rüzgar Enerjisi, özelliği gereği çevreye en az zarar veren, dolayısıyla dış maliyetleri en
düşük enerji kaynağıdır. Rüzgar Enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren teknoloji maalesef
büyük sermaye gerektirmektedir, ancak yakıt ve işletme giderlerinin çok düşük olduğu da bir
gerçektir. Bu sebeple finansman koşullarının iyi olması Rüzgar Enerjisinden elde edilecek
elektrik enerjisinin diğer bütün bilinen enerji kaynaklarından elde edilenden çok daha ucuza
mal edileceğini göstermektedir
Rüzgar Enerjisi, özelliği gereği çevreye en az zarar veren, dolayısıyla dış maliyetleri en
düşük enerji kaynağıdır. Rüzgar Enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren teknoloji maalesef
büyük sermaye gerektirmektedir, ancak yakıt ve işletme giderlerinin çok düşük olduğu da bir
gerçektir. Bu aşamada finansman koşullarının iyi olması Rüzgar Enerjisinden elde edilecek
elektrik enerjisinin diğer bütün bilinen enerji kaynaklarından elde edilenden çok daha ucuza
mal edileceğini göstermektedir. Her halukarda dünya genelinde Rüzgar Enerjisinin
Santrallerinin diğer konvansiyonel enerji kaynakları ile çalışan santrallere göre çok daha geniş
bir alanda desteklendiği ve diğerlerine göre çok daha kolay ve iyi şartlarla finansman bulduğu
gözlemlenmektedir.
Başta Almanya olmak üzere Danimarka, Hollanda, İspanya gibi belli başlı Avrupa
Birliğine üye ülkelerin temiz enerji kaynağı olan Rüzgar Enerjisinden daha fazla
faydalanılması maksadıyla yatırımları ve araştırma geliştirme faaliyetlerini destekledikleri ve
Rüzgar Enerjisi Santrallerinin de en çok bu ülkelerde tesis edildiği görülmektedir.
34
www.muhendisiz.net
Türkiye’de Rüzgar Türbinleri üretilmesi için yeterli kaynak ve bilgi birikimi mevcuttur.
Devletin Rüzgar Enerjisi Santrallerini desteklemesi durumunda oluşacak bu yeni sektörde yeni
iş imkanları yaratılacak ve hatta işçilik ve nakliye avantajları sebebiyle Türkiye ekonomisine
yeni bir ihraç ürününün daha katılacağı söylenebilir. Bu durumda ekonomideki dinamik
dengelerin ne kadar büyük bir katma değer yaratacağını da göz ardı etmemek gerekir. Ayrıca
milli kaynaklara dayanan bu enerji türüyle sektörün dışa bağımlılığı da tümüyle ortadan
kaldırılabilecektir.
İlk çağlardan beri ülkemizin üzerinden akıp geçen bu muazzam rüzgar enerjisi kaynağını
artık toplumumuzun hizmetine sunmanın zamanı gelmiştir. Bu yönde sarf edilecek bütün
gayretlerin ülke çıkarları için çok değerli olacağı kesindir.
35
www.muhendisiz.net
1.
Manwell J.F, Mcgowan J.G, Rogers A.L., ‘‘Wind Energy Explained’’, University of
Massachusetts, Amherst, USA , 2002
2.
Shenck N. ‘’ Wind Power Systems; Wind Energy II’’ ,2005
3.
Kazdaloğlu A, ‘’Rüzgar Enerjisi ve Rüzgar Ölçer Tasarımı’,Kocaeli Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü Elektrik Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Tezi’’,2003
4.
Nurbay N, Çınar A, ‘’ Rüzgar Türbinlerinin Çeşitleri ve Birbirleriyle Karşılaştırılması’’,
Kocaeli Üniversitesi Makine Eğitimi Bölümü,
5.
Şen Ç. ‘’ Gökçeada’nın Elektrik Enerjisi İhtiyacının Rüzgar Enerjisi İle Karşılanması,
‘Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Ana bilim Dalı
Yüksek Lisans Tezi ‘’, İzmir, 2003
6.
Varınca K.B., Varank G. ; ‘’Rüzgar Kaynaklı Enerji Üretim Sistemlerinde Çevresel
Etkilerin Değerlendirilmesi ve Çözüm Önerileri’’,Yıldız Teknik Üniversitesi Çevre
Mühendisliği Bölümü, İstanbul,2006.
7.
Altın V. ‘’Enerji’’, Bilim ve Teknik Dergisi,Yeni Ufuklara Özel Eki,Ocak 2002.
8.
Malkoç Y.,‘’Türkiye Elektrik Enerjisi İhtiyacının karşılanmasında Rüzgar Enerjisinin
Yeri’’ EMO Enerji Dergisi Sayı 3,Eylül 2007.
9.
Duru H.T., ‘’Öztürk S., Küçük ve Orta Güçlü Rüzgar - Güneş Elektrik Enerjisi Dönüşüm
Sistemlerinin Yenilenebilir Enerji Kullanımına Katkısı ve Kocaeli Üniversitesi Umuttepe
Karma Sistem Örneği’’, KOÜ Temiz Enerji Dönüşüm Sistemleri Ar.Birimi, Mart 2005.
10. Mengen F.A., Zorlu S. ; ‘’Elektrik Makineleri III Asenkron Makineler’’, Birsen
Yayınevi,2005
11. www.eie.gov.tr
12. www.vestas.com
13. www.enercon.de
14. www.epdk.gov.tr
36
’