Enerji üreten devasa rüzgar çiftliklerinden tek bir eve güç veren küçük türbinlere kadar, dünyadaki rüzgar türbinleri çeşitli güç ihtiyaçları için elektrik üretir.
İçindekiler
Rüzgar Türbini Nedir?
Mekanik güç üretmek için rüzgar enerjisinden yararlanma fikri binlerce yıl öncesine dayanmaktadır. M.Ö. 5000’lere kadar Mısırlılar, Nil Nehri boyunca tekneleri itmek için rüzgar enerjisi kullandılar. Amerikalı ilk koloniler tahıl öğütmek, su pompalamak ve kereste fabrikalarında odun kesmek için yel değirmenlerini kullandılar. Bugünün rüzgar türbinleri, yel değirmenlerinin modern eşdeğeridir denilebilir. Rüzgardaki kinetik enerjiyi elektriğe dönüştürür. Günümüzde çok önemli temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarından bir tanesidir.
Rüzgar Türbinleri Nasıl Çalışır?
Rüzgar türbinlerinin çoğu (yatay eksenli türbinler), çelikten yapılmış bir kuleye monte edilmiş muhafaza (nacelle de denilir), onun üzerinde bulunan diğer elemanlar ve kanatlardan oluşur. Dikey eksenli ve çift pervaneli çeşitleri de vardır. Zeminden oldukça yüksek bir mesafede tasarlanan kule, türbinin daha yüksek rakımlarda bulunan daha yüksek rüzgar hızlarından faydalanmasını sağlar.
Türbinler, bir uçak kanadı gibi hareket eden pervane benzeri kanatlarıyla rüzgarın enerjisini yakalar. Rüzgar estiğinde, kanadın bir tarafında düşük basınçlı hava cebi oluşur. Daha sonra düşük basınçlı hava cebi kanadı kendisine doğru çekerek rotorun dönmesine neden olur. Yeterli kuvvette rüzgar geldikçe bu döngü devam eder.
Rüzgarın rotoru döndürmesiyle mekanik enerji elde edilmiş olur. Tork’u oldukça yüksek olan bu mekanik enerji mil yardımıyla dişli kutusuna aktarılır. Bir dizi dişli, rotorun dönüşünü dakikada ortalama 18 devirden dakikada yaklaşık 1.800 devire çıkarır. Farklı uygulama alanlarındaki farklı türbinlerde dişli kutularının devir çevirme değiştirme oranları değişkenlik gösterebilir.
Dişli kutusunun çıkışındaki yüksek hızlı şaft türbinin elektrik üreticisi olan jeneratöre bağlanır. Rüzgar türbinlerinde AC jeneratörler kullanılır. Yüksek hızlı şafttaki devir sayısı artık türbin jeneratörünün AC elektrik üretmesine yetecek yükseklikte bir hızdadır. Burada üretilen AC elektrik, türbin yakınlarındaki bir Transformatörde uzak-yakın menzilde iletilmek üzere ya da şebekeye aktarılmak üzere dönüştürülür.
Nacelle adı verilen aerodinamik bir muhafaza, genel olarak dişliler, rotor ve jeneratör dahil olmak üzere bütün kilit roldeki türbin bileşenlerini içinde barındırır. Türbin kulesinin üzerinde oturan bazı nacelleler, bir helikopterin iniş yapması için yeterince büyük olabilmektedir.
Bir diğer önemli bileşen, yüksek rüzgarların zarar görmesini önlemek için rotor hızlarının 25 kmh’yi aşmasını önleyen türbinin kontrolörüdür. Rüzgar türbinlerinde türbin ve çevrenin güvenliği açısından maksimum güvenli hız limiti 25 km/h olarak belirlenmiştir. Anemometre sürekli olarak rüzgar hızını ölçer ve verileri kontrolöre iletir. Nacellede de bulunan bir fren, acil durumlarda rotoru mekanik, elektriksel veya hidrolik olarak durdurur.
Rüzgar Türbini Çeşitleri
Yatay Eksenli Rüzgar Türbini (HAWT)
Bunlar en yaygın kullanılan rüzgar türbinleri türüdür ve rüzgar enerjisini düşündüğümüzde akla ilk gelen modeldir diyebiliriz. Bu türbinlerde, bir kulenin üzerinde 120 metreye kadar ulaşan iki ancak daha sık üç kanadı bulunabilir. Kanatlar 60 metre uzunluğunda olabilir ve 20 MW’a kadar enerji üretebilir.
Dikey Eksenli Rüzgar Türbini (VAWT)
Bu tür rüzgar türbinleri rüzgardan gelen gücü HAWT ile tam tersi yönde kullanır. VAWT, dikey eksenli bu tasarımlar yatay eksenli tasarım kadar etkili veya verimli olmadığı için daha az kullanılır. Günümüzde rüzgar ile elde edilen enerjinin çok büyük bir kısmı HAWT’lar tarafından üretilir.
Rüzgar Türbini Uygulamaları
Rüzgar enerjisinin kullanım alanı olarak elektriğin olduğu her alan diyebiliriz. Örnek vermek gerekirse; aydınlatma sistemleri, su depolama alanları, soğutma sistemleri, şarj sistemleri ve taşımacılık sektörü olabilir. Rüzgar enerjisinden elde edilen elektrik endüstriyel sahaları besleyebileceği gibi tek bir evin aydınlatmasında da kullanılabilir.
Genellikle şebekeler tarafından bir şebekeye güç sağlamak için kullanılan büyük rüzgar türbinleri, 100 kilowatt ila birkaç megawatt arasında değişir. Bu yüksek ölçekli türbinler, büyük miktarlarda elektrik üretmek için genellikle rüzgar çiftliklerinde bir arada bulunurlar. Rüzgar çiftlikleri, on binlerce ev için yeterli güç sağlayabilecek birkaç veya yüzlerce türbin içerebilir.
Küçük rüzgar türbinleri, 100 kilowatt’a kadar, tipik olarak üretilen elektriğin kullanılacağı yere yakındır. Örneğin evlerin, telekomünikasyon sistemlerinin veya su pompalama istasyonlarının yakınında olablir. Küçük türbinler bazen dizel jeneratörlere, bataryalara ve fotovoltaik sistemlere bağlanır. Bu sistemlere “hibrid rüzgar sistemleri” denir ve tipik olarak şebekesine bir bağlantının bulunmadığı uzak ve şebekeden bağımsız yerlerde kullanılır.
Açık deniz rüzgar türbinleri, birçok ülkede sahil şeridinde bulunan güçlü rüzgarların enerjisinden yararlanmak için kullanılmaktadır. ABD kıyı sularının üzerindeki rüzgarların teknik kaynak potansiyeli, 4.000 gigawatt’tan fazla elektrik sağlamak veya mevcut ABD elektrik güç sisteminin üretim kapasitesinin yaklaşık dört katını sağlamak için yeterlidir.
Bu kaynakların tamamının kullanılmamasına rağmen bu, nüfus yoğunluğundaki yüksek kıyı şehirlerine güç sağlamak için önemli bir fırsattır. Amerika engin açık deniz rüzgar kaynaklarından yararlanmak için, 2017 yılına kadar açık deniz rüzgar sistemlerini federal ve eyalet sularına yerleştirmek için tasarlanmış üç açık deniz rüzgar projesine yatırım yapıyor.
Ülkemizde de son yıllarda rüzgar enerjisi üzerine ciddi yatırımlar yapılmıştır. Ülkemizdeki ilk rüzgar enerji santrali 1998 yılında İzmir Çeşme de kurulan 1.5 MW büyüklüğündeki santraldir. 2005 yılında yayınlanan 5346 no’lu Yenilenebilir Enerji Kanunu ile birlikte bu alanda ciddi mesafe kaydettik.
TÜREB’in 2018 yılında yayımladığı Türkiye Rüzgar Enerjisi raporuna göre; 1998 yılında kurulu gücümüz yaklaşık 8 MW iken 2017 yılı sonu itibariyle bu rakam 9872 MW’a ulaşmıştır. Dünyada ülkelerin elektrik üretiminde önemli pay sahibi olan rüzgar enerjisinin ülkemizde daha da ileriye gitmesi gelecek için planlanan hedeflerden birisidir.
