Rüzgar Türbini Nedir? Rüzgar Türbini Çalışma Prensibi Nasıldır?

0

Rüzgar türbini, 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 Enerjisi

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 Türbini Teknolojisi

Rüzgar Türbini 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

Rüzgar Türbini 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 bulunmaktadır. En genel sistem fren sistemidir. Pervane 45 mil/saatte hızına ulaştığında dönme işlemini durdurur. Bundan başka diğer güvenlik elemanları da şunlardır

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

Pasif Yavaşlatıcı: Genellikle pervaneler ve motor bloğu sabit 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]

Rüzgar Türbini Fiyatları

Rüzgar türbini fiyatları türbinin üretim kapasitesine, büyüklüğüne ve arkasındaki teknolojiye, üretici firma kalitesine göre değişim göstermektedir.

Küçük bir rüzgar türbini satın almak istediğinizde üretilen kilowat başına, ödemeniz gereken miktarın 2000 dolar ile 8000 dolar arasında değişmektedir.

Bununla birlikte rüzgar türbini maliyeti toplamda küçük bir türbin elektrik sistemi için yapacağınız maliyetin sadece %12 ile %48 arasında bir civardadır.

Rüzgar enerjisi sisteminiz içerisinde daha pek çok şeye de masraf yapmanız gerekmektedir. Bu noktada rüzgar enerjisi fiyatları sadece türbine değil, dönüştürücülere ve pillere ve ek olarak ödenecek vergi miktarlarına da bağlıdır. Kurulum ve işçilik ise rüzgar enerjisi teşviki ve kurulum maliyetleri arasında yer almaktadır.

Kaynak:
1- Korona Temiz Enerji Sistemleri
2- BilgiUstam

Yorum Yazın

Lütfen yorumunuzu yazınız
Lütfen adınızı giriniz.