YAZILARINIZI GÖNDERİNİZ

Haber, makale, firma ya da ürün incelemelerinizi bekliyoruz.

YAZARIMIZ OLUN

Düşüncelerinizi Özgürce Duyurun, Paylaşın.

Rüzgar Enerjisi ve Rüzgarın Gücü

| 13 Aralık 2015

Rüzgar Enerjisi nasıl bir yerden gelir? 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 Rüzgar enerjisine dönüşür. Bu, yeryüzündeki tüm bitkilerin biyolojik kütleye dönüştürdüğü enerjinin 50 – 100 katıdır.

Sıcaklık farkları hava akımını oluşturur. Ekvator çizgisi yakınındaki bölgeler dünyanın diğer bölgelerine göre daha fazla ısınır.Bu sıcak bölgeler, kızıl ötesi fotoğraflarda sıcak renklerle (karalarda kırmızı, turuncu ve deniz yüzeyinde sarı) görünür. Sıcak hava soğuk havadan hafiftir ve yaklaşık 10 km’ye ulaşıncaya kadar gökyüzüne yükselir. Bu sıcak hava kütlesi hareket ederek Kuzey ve Güney Kutbuna yaklaşınca aşağı çöker ve ekvatora geri döner.

Coriolis Kuvveti

Dünya döndüğü için kuzey yarıküre üzerindeki her hareket, kendi konumumuza göre sağa doğru (güney yarıküre için sola) yönelir. Bu belirgin bükücü kuvvet Coriolis Kuvveti (Coriolis Force) olarak bilinir. Bu kuvveti keşfeden Fransız Matematikçi Gustave Gaspard Coriolis’in ismiyle anılmaktadır (1792 – 1843).

Kuzey yarı küre üzerinde hareket eden bir parçacığın sağa doğru döneceği pek açık görünmeyebilir. Bu olayı şöyle canlandırabiliriz:

Uç kısmı güneye doğru hareket eden bir koni düşünün ve dünyanın döndüğü gerçeğini de eklersek, koninin sanki sağa doğru kaydığını görürüz.

Coriolis Kuvveti gözle görülebilir bir olaydır. Tren yolu hatlarının bir tarafı diğerinden daha hızlı aşınır. Nehir yataklarının bir tarafı diğerinden daha derine iner (hangi taraf olduğu bulunduğumuz yarı küreye bağlıdır ve kuzey yarı kürede hareket eden bir parçacıklar sağa yönelir).

Kuzey yarıkürede Rüzgar, bir alçak basınç alanına yaklaştıkça saat yönüne ters yön alır. Güney yarı kürede ise Rüzgar, alçak basınç alanları etrafında saat yönünde döner.

Rüzgarın Gücü

Rüzgar hızı, bir Rüzgar türbininin elektriğe çevirebileceği enerji miktarı açısından önemlidir. Rüzgarın enerji içeriği, ortalama Rüzgar hızının küpü oranında değişir. Yani Rüzgar hızı 2 katına çıkarsa, 8 kat enerji içerir. Öyleyse, Rüzgarın enerji içeriği Rüzgar hızının kübü oranında değişir. Günlük yaşamdan, bir otomobilin hızı 2 katına çıkarsa frenlemesi ve durdurulması için 4 kat enerji gerektiğini farkedebilirsiniz. (Aslında bu Newton’un 2. hareket yasasıdır).

Rüzgar türbini örneğinde, Rüzgarın hızını 2 katına çıkarırsak her saniye pervaneden geçen dilim sayısını da 2 kat artar ve bu dilimlerin her biri otomobilin frenlemesi örneğinden anlaşıldığı gibi 4 kat enerji içerir.

Neden Rüzgar Enerjisi

Rüzgar enerjisi günümüzde, 21. yüzyılda ve onların ötesinde en çok gelecek vadeden teknolojilerden bir tanesidir. Burada Rüzgar enerjisi üzerinde en çok sorulan sorular hakkında bazı kısa cevaplar bulacaksınız:

Rüzgar Enerjisi Temizdir

Rüzgar türbinlerinden herhangi bir çevre kirliliği olmaz. Modern bir 600 kW gücündeki Rüzgar türbini ortalama bir yerde, bir yılda genellikle kömürle iletilen diğer elektrik santrallarının 1.200 ton karbondioksidinin yerine geçecektir.

20 yıllık bir işletme süresi içinde (ortalama bir yerde) bir Rüzgar türbini tarafından üretilen enerji imalatı, bakımı, faaliyeti, demontajı ve parçalanması için gerekli olan enerjinin sekiz misli fazladır. Başka bir deyişle, genellikle bir Rüzgar türbinini imal etmek ve çalıştırmak için gerekli olan enerjiyi geri kazanmak için sadece iki ya da üç ay yeterli olacaktır

Rüzgar Enerjisi Yoğundur

Rüzgardaki enerji gerçekten de sürdürülebilir bir kaynaktır. Rüzgar hiç bitmeyen bir şeydir. Halihazırda, Rüzgar enerjisi Danimarka elektrik tüketiminin %31.1’ini karşılamakta vebu rakkamın 2008 yılında yüzde 40 mertebesine yükselmesi beklenmektedir. Avrupayı çevreleyen sığ denizlerin üzerindeki Rüzgar kaynakları, teori olarak Avrupa’nın kullandığı tüm elektriği birçok misli ile karşılar niteliktedir.

Rüzgar Enerjisi Farklıdır

Rüzgar türbinleri boyutlar ve üretim kapasiteleri açısından çok büyümüşlerdir. 1980’lerden kalma tipik bir Danimarka malı Rüzgar türbini, 26 kW gücünde bir generatöre ve 10,5 metrelik bir pervane çapına sahiptir. Modern bir Rüzgar 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 Rüzgar türbinlerinin 1.000 – 1.500 kW generatörü ve 50 – 60 metrelik pervane çapı bulunmaktadır. Galler’in Carno bölgesinde bulunan, Avrupa’nın geniş Rüzgar türbini parkı, 20.000 konutun ihtiyacına eşit bir enerji üretmektedir.

Avrupa’da 1997 itibariyle, 3.000 MW’dan fazla Rüzgar enerjisi, beş milyon kadar kişinin elektrik ihtiyacını karşılayacak şekilde devrede bulunmaktadır. (windpower.dk – Danish Wind Industry Association)

Rüzgar enerjisi, Rüzgarı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket (kinetik enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Rüzgarın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgar gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de Rüzgar gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır.

Fosil, nükleer ve diğer yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgardan enerji elde edilmesi sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla Rüzgar enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Pervanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıştır.

Rüzgar türbinleri

Rüzgar türbinleri, rüzgardaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bir Rüzgar türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur. Rüzgarın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Pervane milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.

Kullanımdaki Rüzgar türbinleri boyut ve tip olarak çeşitlilik gösterse de, genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgar türbinleri dönme eksenine göre “Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri” (YERT) ve “Düşey Eksenli Rüzgar Türbinleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

Rüzgar Türbini İç Yapısı

1. Makina Yeri (Nacelle)
Makina yeri, Rüzgar türbininin dişli kutusu ve elektrik üreteci dahil kilit parçalarını içerir. Servis personeli, makina yerine türbin kulesinden girebilir. Makina yeri solunda, Rüzgar türbini pervanesi yani pervane kanatları ve göbek bulunur.

2. Pervane Kanatları (Rotor Blades)
Pervane kanatları, Rüzgarı yakalar ve Rüzgarın gücünü pervane göbeğine aktarır. Modern bir 600 kW Rüzgar türbininde her pervane kanadının uzunluğu 20 metre kadardır ve bir uçak kanadı gibi tasarlanır.

3. Göbek (Hub)
Pervane göbeği, Rüzgar türbininin düşük hız miline bağlıdır.

4. Düşük Hız Mili (Low Speed Shaft)
Rüzgar türbininin düşük hız mili, pervane göbeğini dişli kutusuna bağlar. Modern bir 600 kW Rüzgar türbininde dişli nispeten yavaş, dakikada 19 – 30 devir hızı ile döner. Bu mil aerodinamik frenlerin çalışması için hidrolik sisteme ait borular içerir.

5. Dişli Kutusu (Gearbox)
Dişli kutusunda, solda düşük hız mili bulunur. Sağdaki yüksek hız milinin, düşük hız milinden 50 kat hızlı dönmesini sağlar.

6. Mekanik Frenli Yüksek Hız Mili (High Speed Shaft with its mechanical brake)
Mekanik frenli yüksek hız mili, dakikada yaklaşık 1500 devir hız ile döner ve elektrik üretecini çalıştırır. Bir acil durum mekanik freni vardır. Mekanik fren, aerodinamik frenlerin çalışmaması durumunda veya türbin bakımdayken kullanılır.

7. Elektrik Üreteci (Electrical Generator)
Elektrik üreteci, genelde bir senkron üreteç veya asenkron üreteçtir. Modern bir Rüzgar türbinininde azami elektrik gücü genelde 500 – 1500 kW arasındadır.

8. Elektronik Kontrol Ünitesi (Electronic Controller)
Elektronik kontrol ünitesi, Rüzgar türbininin durumunu sürekli izleyen ve eğim mekanizmasını kontrol eden bir bilgisayar içerir. Bir arıza halinde (örneğin, dişli kutusu veya üretecin fazla ısınması) Rüzgar türbinini otomatik olarak durdurur ve telefon modem hattı vasıtasıyla türbin operatörünü bilgisayarına uyarı verir.

9. Hidrolik Sistem (Hydraulics System)
Hidrolik sistem, Rüzgar türbininin aerodinamik frenlerini içerir.

10. Soğutma Birimi (Cooling Unit)
Soğutma ünitesi, üreteci soğutmak için kullanılan bir soğutma birimini içerir. Ayrıca dişli kutusundaki yağı soğutmak için kullanılan bir soğutma birimi de içerir.

11. Kule (Tower)
Rüzgar türbininin kulesi, makina yerini ve pervaneyi taşır. Genelde kulenin yüksek olması bir avantajdır, zira zeminden uzaklaştıkça Rüzgar hızları artar. Modern bir tipik 600 kW Rüzgar türbininde 40 – 60 metrelik bir kule bulunur.
Kuleler, dairesel veya kafes biçiminde olabilir. Dairesel kuleler türbinin tepesine ulaşmak için bir iç merdiven olabildiğinden personelin türbinlere bakması için daha güvenlidir. Kafes kulelerin avantajı başlıca daha ucuz olmasıdır.

12. Eğim Mekanizması (Yaw Mechanism)
Eğim mekanizması, pervane ile birlikte makina yerini Rüzgara karşı döndürmek üzere elektrik motorlarından yararlanılır.
Eğim mekanizması, yelkovanı kullanarak Rüzgar yönünü algılayan elektronik kontrol ünitesi tarafından çalıştırılır. Rüzgar, yön değiştirdiğinde normalde türbin bir defada sadece birkaç derece eğilir.

13. Anemometre ve Yelkovan (Anemometer and Wind Wane)
Anemometre (Rüzgar ölçer) ve yelkovan, Rüzgar hızı ve yönünü ölçmek için kullanılır.
Anemometreden gelen elektronik sinyaller, Rüzgar türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından Rüzgar hızı yaklaşık 5 m/s’ye yaklaştığında Rüzgar türbinini çalıştırmak için kullanılır. Bilgisayar, türbini ve çevresini korumak için Rüzgar hızı 25 m/s’yi aştığında türbini otomatik olarak durdurur. Yelkovan, sinyalleri Rüzgar türbininin elektronik kontrol ünitesi tarafından Rüzgar türbinini Rüzgara karşı döndürmek üzere rüzgâra karşı döndürmek üzere kullanılır. [1]

Modern Rüzgar Türbin Teknolojisi

Rüzgar Türbinleri günümüzde iki farklı tasarımla karşımıza çıkıyor. Bunlardan birincisi alttaki fotoğrafta gördüğünüz gibi dikey eksen etrafında dönebilen tasarım.

Dikey Eksenli Rüzgar Türbini

VAWTs yani “Vertical Axis Wind Turbine” (Düşey Eksenli Rüzgar Türbini) olarak adlandırılır.

Düşey ekseni yere dik olacak şekilde tasarlanmıştır. Daima rüzgarın geleceği yöne göre ayarlanır.Yatay ekseninin rüzgara göre ayarlanmasına gerek yoktur. Genelde ilk hareket olarak elektrik motoruna ihtiyac duymaktadır. Türbin yardımcı tellerle ekseninden sabitlenmiştir. Deniz seviyesine yakın yerlerde daha az rüzgar aldığından cihazın verimi düşük olmaktadır. Ancak tüm gerekli donanımlar yer seviyesinde olması bir avantaj olsa da, tarım arazileri için olumsuz etkisi fazla olmaktadır.

Diğer önemli tasarım ise Düşey Eksenli Rüzgar Türbini (HAWTs) “Horizontal Axis Wind Turbine” olarak adlandırılır. Dönme ekseni yere paralel olarak tasarlanmıştır. Bir elektrik motoru yardımıyla rüzgar yönüne göre pervanenin yönü ayarlanabiliyor. Yapısal olarak bir elektrik motorundan farklı değildir. Verimli olarak çalışabilmesi için deniz seviyesinden yaklaşık 80 metre yüksekte olması gereklidir.

Yatay Eksenli Rüzgar Türbini

Rotor Blades (Pervane kanatları) : Rüzgar enerjisini dönme hareketine çevirmeye yarar.

Shaft (Şaft) : Dönme hareketini üreteçe iletir.

Gear Box (Dişli Kutusu): Pervaneyle şaftın aralarındaki hızı arttırıp, üretece daha hızlı bir hareket iletilmesine yardımcı olur.

Generator (Üreteç) : Dönme hareketinden elektrik enerjisi üreten bölüm.

Breaks (Frenler) : Aşırı yüklenme ve bir sorun olduğunda pervaneyi durdurmaya yarar.

Tower (Kule) : Pervane ve motor bölümününü yerden güvenli bir yükseklikte çalışmasını sağlar.

Electrical Equipment (Elektrik Donanımı) : Üretilen elektrik enerjisini ilgili merkezlere iletilmesini sağlar.

Rüzgar Türbini Nasıl Çalışır

Üretilen Enerjinin Hesaplanması

Bir rüzgar türbininin ürettiği enerjinin hesaplanması için rüzgarın hızına ve pervane çapına ihtiyaç vardır. Çoğunlukla büyük rüzgar türbinleri saniyede 15 metre hızla dönmektedir. Teorik olarak üretilen enerjinin artması için pervane çapının artması gerekmektedir. Bu da rüzgar türbininin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu sayede daha fazla rüzgar alıp daha hızlı bir dönme hareketi sağlanır.

Rüzgar Türbini Pervane Boyu

Genellikle rüzgar türbinleri saatte 33 mil hızla döndüklerinde tam kapasite olarak çalışmaktadırlar. Saatte 45 mil (20 metre / saniye) hızına çıktıklarında ise otomatik olarak sistem durmaktadır. Türbinin fazla hızlanması halinde sistemi durduracak birçok kontrol bulumaktadır. En genel sistem fren sisteminidir.Pervane 45 mil/saatte hızına ulaştığında dönme işlemini durdurur. Bundan başka diğer güvenlik elemanları da şunlardır

Açı Kontrolü : Pervane yüksek hızlara çıktığında, üretilen ernerji de çok fazla olmakta. Bu gibi durumlarda pervanelerin açılarını değiştirip daha yavaş bir dönme hareketi elede etmek için kullanılır.

Pasif Yavaşlatıcı: Genellikle pervaneler ve motor bloğu sabir bir açıyla ayarlanmışlardır. Ancak rüzgar çok hızlı estiği zamanlarda pervanenin tepe taklak olmasını engellemek için geliştirilmiş bir sistemdir. Aerodinamik olarak rüzgarın tersi yönde pervanenin açısını değiştirip hızın azaltılmasına çalışılır.

Aktif Yavaşlatıcı: Açı kontrol sistemine benzer bir sistemdir. Üretilen gücün fazla olması durumunda pervane ve motor bloğunun açısını değiştirmeye yarayan sistemdir.

Genel olarak 50.000 rüzgar türbini , yıllık 50 milyar kilovat/saat enerji üretir. [2]

Kaynak:
1- Korona Temiz Enerji Sistemleri,koronaenerji.com.tr
2- BilgiUstam, bilgiustam.com

Yorum Yazınız

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir