Son yıllarda tüm dünya ile birlikte ülkemizde de alternatif enerji üretim santralleri üzerindeki araştırmalar hızlandı. Bunların arasnda en çevreci metot olarak da rüzgar türbinleri ile enerji üretimi geliyor. Biz de bu enerji üretimi hakkında bilgi sahibi olmak istedik.
Rüzgâr enerjisi günümüzde en çok gelecek vadeden teknolojilerin başında geliyor. Rüzgâr enerjisi, rüzgârı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Rüzgârın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde ise daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır.
Rüzgâr Gücü, dünyada kullanımı en çok artan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri haline gelmiştir. Şu an dünyadaki kullanım oranının çok düşük olmasına karşılık, 2020 yılında dünya elektrik talebinin %12’sinin rüzgâr enerjisinden karşılanması için çalışmalar yapılmaktadır.
Rüzgâr enerjisinden üretilen toplam güç 40.301 MW civarındadır. Bu güçten en fazla yararlanan ülke % 36,3’lük payıyla Almanya’dır. Almanya toplamda 14.612 MW güç üretmektedir ve Almanya’nın elektrik enerjisi ihtiyacının % 5,6’sını karşılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallık ve Çin’dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3.756 MW’lık güç üretimi ile % 9,3 paya sahiptirler.
Rüzgâr enerjisi temizdir
Fosil, nükleer ve diğer yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgârdan enerji elde edilmesi sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla rüzgâr enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Ancak pervanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıştır.
Rüzgâr türbinleri herhangi bir çevre kirliliğine neden olmaz. Modern bir 600 kW gücündeki rüzgâr türbini, bir yılda genellikle kömürle iletilen diğer elektrik santrallarının 1.200 ton karbondioksidinin yerine geçmektedir.
20 yıllık bir işletme süresi içinde bir rüzgâr türbini tarafından üretilen enerji imâlatı, bakımı, faaliyeti, demontajı ve parçalanması için gerekli olan enerjinin sekiz misli fazladır. Başka bir deyişle, genellikle bir rüzgâr türbinini imâl etmek ve çalıştırmak için gerekli olan enerjiyi geri kazanmak için sadece iki ya da üç yıl yeterli olacaktır.
Rüzgâr enerjisin yoğundur
Rüzgârdaki enerji gerçekten de sürdürülebilir bir kaynaktır. Rüzgâr hiç bitmeyen bir şeydir. Halihazırda, rüzgâr enerjisi Danimarka elektrik tüketiminin %31.1’ini karşılamaktadır ve bu rakkamın yüzde 40 mertebesine yükselmesi beklenmektedir. Avrupayı çevreleyen sığ denizlerin üzerindeki rüzgâr kaynakları, teori olarak Avrupa’nın kullandığı tüm elektriği birçok misli ile karşılar niteliktedir.
Rüzgâr enerjisi ile ne kadar elektrik üretilir?
Rüzgâr türbinleri boyutlar ve üretim kapasiteleri açısından çok büyümüşlerdir. 1980’lerden kalma tipik bir Danimarka malı rüzgâr türbini, 26 kW gücünde bir generatöre ve 10,5 metrelik bir pervane çapına sahiptir. Modern bir rüzgâr türbini 43 metrelik bir pervane çapına ve 600 kW gücünde bir generatöre ulaşmaktadır. Yılda 1 ile 2 milyon kW/ saat enerji üretmektedir. Bu da Avrupa’da 300 ile 500 konutun yıllık elektrik tüketimine eşit bulunmaktadır. Son nesil rüzgâr türbinlerinin 1.000 – 1.500 kW generatörü ve 50 – 60 metrelik pervane çapı bulunmaktadır. Galler’in Carno bölgesinde bulunan, Avrupa’nın geniş rüzgâr türbini parkı, 20.000 konutun ihtiyacına eşit bir enerji üretmektedir.
Rüzgâr enerjisi nasıl oluşur?
Tüm yenilenebilir enerji türleri (gelgit enerjisi ve jeotermal hariç) ve fosil yakıt enerjisi dahi sonuç olarak güneşten kaynaklanır. Güneş yeryüzüne saatte 100.000.000.000.000 kW enerji gönderir. Başka deyişle yeryüzü, 10 üzeri 18 watt kadar güç kazanır. Güneşten gelen enerjinin %1-2’si rüzgâr enerjisine dönüşür. Bu, yeryüzündeki tüm bitkilerin biyolojik kütleye dönüştürdüğü enerjinin 50 – 100 katıdır.
Ekvator çizgisi yakınındaki bölgeler dünyanın diğer bölgelerine göre daha fazla ısınır. Sıcak hava soğuk havadan hafiftir ve yaklaşık 10km’ye ulaşıncaya kadar gökyüzüne yükselir. Bu sıcak hava kütlesi hareket ederek Kuzey ve Güney Kutbuna yaklaşınca aşağı çöker ve ekvatora geri döner. Kuzey yarımkürede rüzgâr, bir alçak basınç alanına yaklaştıkça saat yönüne ters yön alır. Güney yarımkürede ise rüzgâr, alçak basınç alanları etrafında saat yönünde döner.
Rüzgârın gücü
Rüzgâr hızı, bir rüzgâr türbininin elektriğe çevirebileceği enerji miktarı açısından önemlidir. Rüzgârın enerji içeriği, ortalama rüzgâr hızının küpü oranında değişir. Yani rüzgâr hızı 2 katına çıkarsa, 8 kat enerji içerir. Öyleyse, rüzgârın enerji içeriği rüzgâr hızının küpü oranında değişir.
Rüzgâr türbini örneğinde, rüzgârın hızını 2 katına çıkarırsak her saniye pervaneden geçen dilim sayısı da 2 kat artar ve bu dilimlerin her biri otomobilin frenlemesi örneğinden anlaşıldığı gibi 4 kat enerji içerir.
Rüzgâr türbinleri
Rüzgâr türbini, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemin adıdır. Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrikelektronik elemanlar ve pervaneden oluşur. Rüzgârın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.
Kullanımdaki rüzgâr türbinleri boyut ve tip olarak çok çeşitlilik gösterse de genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre “Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (YERT) ve “Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılır.
Yatay eksenli rüzgar türbini
Bu tip türbinlerde dönme ekseni rüzgâr yönüne paraleldir. Kanatları ise rüzgâr yönüyle dik açı yaparlar. Ticari türbinler genellikle yatay eksenlidir. Rotor, rüzgârı en iyi alacak şekilde, döner bir tabla üzerine yerleştirilmiştir.
Yatay eksenli türbinlerin çoğu, rüzgârı önden alacak şekilde tasarlanır. Rüzgârı arkadan alan türbinlerin yaygın bir kullanım yeri yoktur. Rüzgârı önden alan türbinlerin iyi tarafı, kulenin oluşturduğu rüzgâr gölgelenmesinden etkilenmemesidir. Kötü tarafı ise, türbinin sürekli rüzgâra bakması için dümen sisteminin yapılmasıdır.
Yatay eksenli türbinlere örnek olarak pervane tipi rüzgâr türbinleri verilebilir. Bu tip türbinlerin kanatları tek parça olabileceği gibi iki ve daha fazla parçadan da oluşabilir. Günümüzde en çok kullanılan tip üç kanatlı olanlardır. Bu türbinler elektrik üretmek için kullanılır.
