Rüzgâr Gülü (RES)

Rüzgâr Gülü (RES)

Rüzgâr enerjisi bilinen en eski enerji türlerindendir. Çinliler, Hintliler ve Mısırlılar gibi eski uygarlıklarda, gemilerin denizde ilerlemesi için binlerce yıl önce rüzgâr enerjisinden faydalanılmıştır. O zamanlarda hareket sağlaması için kullanılan bu enerji, günümüzde elektrik üretiminde önemli bir parçamız hâline geldi.

Rüzgâr enerjisi temiz, özgür, hazır bir şekilde üretimi yapılan ve yenilenebilir enerji kaynakları (güneş enerjisi, hidroelektrik enerjisi, jeotermal enerji, biyokütle enerjisi vb.) içinde en önemlilerinden bir tanesidir. Her gün, dünyanın dört bir yanında değişik tasarım ve ebatlarda rüzgâr türbinleri, rüzgârın gücünü alıyor ve elektriğe dönüştürüyor.

Bununla beraber, rüzgâr enerjisinden elektrik üretimi uygulamalarının ilk yatırım maliyetleri santralin kurulacağı yere göre değişmekle beraber yüksektir. Ama her geçen gün daha uygun hâle gelmektedir.

Rüzgâr Nedir?

Rüzgâr, yeryüzüne gelen güneş ışınlarının oluşturduğu çeşitli sıcaklık farklılıklarından kaynaklanır. Bu farklı sıcaklıklar nem ve basınç seviyelerinin de değişmesine neden olur. Basınç seviyelerindeki fark havanın hareket etmesine neden olur. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %2'si rüzgâr enerjisine dönüştürülür.

Rüzgâr Enerjisinin Avantajları

• Atmosferde bol ve serbest hâlde bulunur. Güneş var oldukça, rüzgâr da olacaktır. Bazı yerlerde azalma ya da artma olsa bile, süreklilik arz eden bir kaynaktır.
• Yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağıdır. Kirlilik içermeyen çevre dostu rüzgâr enerjisi, neredeyse hiç karbondioksit üretmeden elektrik üretebilir.
• Petroldeki gibi zamanla tükenme veya fiyat riski yok denecek kadar azdır.
• Maliyeti, bugünün geleneksel enerji santralleriyle rekabet edebilecek seviyeye ulaşmıştır.
• Bakım ve onarım maliyetleri düşüktür.
• Rüzgâr tamamen yerlidir ve petrol ve türevleri gibi ithalat bağımlılığı oluşturmaz. Bu sebeple ulusal güvenlikte problemler çıkarmaz. Ülkelerin kendi öz kaynağıdır.
• Teknolojisinin kurulumu ve işletimi nispeten basittir.
• Kısa sürede devreye alınarak işletilebilir.

Rüzgâr Enerjisinin Dezavantajları

• Rüzgâr türbinleri uçan hayvanlar için tehlikeli olabilir. Pervanelere çarpan birçok kuş ve yarasa ölmektedir.
• Rüzgâr türbinlerini ıssız alanlara, insanlardan uzak bir yere koymak da bir dezavantaj olabilir. Türbinlere yapılan seyahat ve bakım maliyeti artar ve zaman alır. Açık deniz rüzgâr türbinleri botlara ihtiyaç duyar ve yönetimi tehlikeli olabilir.
• Bazı rüzgâr türbinleri, nahoş olabilecek çok fazla gürültü üretme eğilimindedir. Yerleşim yerlerine yakın olanlar ile yoğun hayvan popülasyonu olan bölgelere yapılanlar sağlık ve çevre açısından olumsuzluklar oluşturabilir.
• Gece yolculuk yapan teknelerin rüzgâr türbinlerini görmesi zor olabilir. Bu nedenle çarpışmalara neden olabilmektedir. Bu sebeple sıkı önlemlerin alınması gereklidir.

Rüzgâr Türbinleri ile Rüzgâr Enerjisi Üretimi

Rüzgâr türbinleri, rüzgâr enerjisi santrallerinin temel yapısal unsurlarıdır ve hareketli havanın kinetik enerjisini, önce mekanik enerjiye, sonra da elektrik enerjisine dönüştüren makinelerdir. Rüzgâr türbini, yatay veya dikey olarak imal edilebilir. Bu esneklik kurulumu yapılacak yerlerde işletme ve enerji üretimi açısından bir çok avantaj sağlamaktadır.

Yatay eksenli rüzgâr türbinleri daha yaygın kullanılır. Rüzgâr türbinleri yalnızca belirli bir rüzgâr hızında elektrik enerjisi üretmeye başlayabilir. Bir rüzgâr türbini, kesme ve kesme hızları arasında enerji üretecektir. Türkiye'nin rüzgâr kaynaklı enerji potansiyelinin 48.000 MW olduğu tahmin edilmektedir. Bu potansiyele eşdeğer toplam alan, Türkiye'nin toplam yüzey alanının sadece %1,30'udur.

Rüzgâr Türbininin Parçaları

En basit rüzgâr enerjisi türbini, üç önemli bölümden oluşur:

• Rotor Kanatları: Kanatlar temelde sistemin yelkenleridir. En basit hâliyle, rüzgâra karşı bariyer görevi görürler (daha modern kanat tasarımları bariyer yönteminin ötesine geçer). Rüzgâr, kanatları hareket etmeye zorladığında enerjisinin bir kısmını rotora aktarır.
• Şaft: Rüzgâr türbini şaftı, rotorun merkezine bağlıdır. Rotor döndüğünde şaft da döner. Bu şekilde rotor, mekanik dönme enerjisini diğer ucunda bir elektrik jeneratörüne giren mile aktarır.
• Jeneratör: Bir jeneratör oldukça basit bir cihazdır. Elektrik voltajı üretmek için elektromanyetik indüksiyonun özelliklerini kullanır. Gerilim, esasen elektriksel basınçtır (Elektriği veya elektrik akımını bir noktadan diğerine hareket ettiren kuvvet). Dolayısıyla voltaj üretmek fiilen akım üretmektedir. Basit bir jeneratör mıknatıslardan ve bir iletkenden oluşur. İletken, tipik olarak sarmal bir teldir. Jeneratörün içinde şaft, tel bobinini çevreleyen kalıcı mıknatıslar grubuna bağlanır. Elektromanyetik indüksiyonda, mıknatıslarla çevrili bir iletkeniniz varsa ve bu parçalardan biri diğerine göre dönüyorsa, iletkende voltajı indükler. Rotor, şaftı döndürdüğünde şaft, mıknatıslar takımını döndürerek tel bobininde voltaj oluşturur. Bu voltaj elektrik akımını (tipik olarak alternatif akım, veya AC gücü) dağıtım için güç hatlarından dışarı çıkar.
• Nasel: Rotor göbeği ile jeneratör arasındaki şaftın hızını artırır.
• Elektrik Kontrol Ünitesi: Sistemi izler, arıza durumunda türbini kapatır ve sapmayı kontrol eder.
• Sapma Kontrolörü: Rüzgâr yönüne göre rotoru hareket ettirir.
• Frenler: Aşırı güç yüklenmesi veya sistem arızası durumunda şaftın dönüşünü durdurur.
• Kule: Rotor ve naseli destekler ve kurulumun tümünü, bıçaklar ile zemin arasında güvenli bir mesafe oluşabilmesi için daha yükseğe kaldırır.
• Elektrikli Ekipman: Elektriği jeneratörden kuleye taşır ve türbinin birçok güvenlik unsurunu kontrol eder.

Güç Hesaplaması

Bir türbinin rüzgârdan üretebileceği güç miktarını hesaplamak için, türbin sahasındaki rüzgâr hızını ve türbin güç oranını bilmemiz gerekir. Çoğu büyük türbin, maks. gücünü saniyede 15 metre civarında rüzgâr hızlarında üretir. Sabit rüzgâr hızları dikkate alındığında, bir türbinin ne kadar enerji üretebileceğini belirleyen, rotorun çapıdır. Bir rotor çapı arttıkça kulenin yüksekliğinin de arttığını ve bu da daha hızlı rüzgârlara daha fazla erişim anlamına geldiğini unutmayalım.

Rotor Çapı (metre)	Güç Çıkışı (kW)
10	25
17	100
27	225
33	300
40	500
44	600
48	750
54	1000
64	1500
72	2000
80	2500

53 km/sa çoğu büyük türbin nominal güç kapasitesini üretir ve 72 km/sa hızda çoğu büyük türbin kapanır. Rüzgâr hızları yapıyı tehdit ederse türbini kapatabilen bir dizi güvenlik sistemi vardır. Bazı türbinlerde temelde küçük bir kaide üzerinde duran bir zincire bağlı metal bir bilyeden oluşan oldukça basit bir titreşim sensörü de bulunur. Türbin belirli bir eşiğin üzerinde titreşmeye başlarsa, top kaideden düşer, zinciri çeker ve kapanmayı tetikler.

Muhtemelen bir türbinde en yaygın olarak etkinleştirilen güvenlik sistemi, eşik üstü rüzgâr hızları tarafından tetiklenen "frenleme" sistemidir. Bu kurulumlar, rüzgâr hızları çok yükseldiğinde esasen frene çarpan ve ardından rüzgar saatte 72 kilometrenin altına düştüğünde "frenleri serbest bırakan" bir güç kontrol sistemi kullanır.

Tipik bir büyük rüzgâr türbini, ideal koşullar altında yılda 1,8 MW veya 5,2 milyon kWh elektrik üretebilir (bu da yaklaşık 600 haneye güç sağlar). Yine de nükleer ve kömür santralleri rüzgâr türbinlerinden daha ucuza elektrik üretebilir. Öyleyse neden rüzgâr enerjisi kullanalım? Elektrik üretmek için rüzgârı kullanmanın en büyük iki nedeni en bariz olanlardır: Rüzgâr enerjisi temiz ve yenilenebilirdir. Kömürün yaptığı gibi atmosfere karbondioksit ve nitrojen oksitler gibi zararlı gazlar salmaz. Yakın zamanda rüzgârın bitmesi tehlikesiyle karşı karşıya değiliz. Ayrıca, herhangi bir ülke bunu yurt dışından destek almadan kendi ülkesinde üretebileceği için rüzgâr enerjisiyle ilişkili bağımsızlık da vardır. Ek olarak; bir rüzgâr türbini, merkezî elektrik şebekesinin hizmet vermediği uzak bölgelere elektrik getirebilir.

Enerji konusunda genel prensip, enerji kaynaklarının çeşitliliğini olabildiğince arttırmak ve bu sırada daha temiz enerji kaynaklarının gelişmesine fon ayırmaktır. Bir ülke (ve genel olarak insanlık), hiçbir zaman tek bir enerji kaynağına bağlı kalmamalıdır ve her zaman temiz enerji kaynaklarına daha fazla kaynak ayırmalıdır. Bu nedenle rüzgâr türbinleri, araştırmaların devam etmesi gereken çok önemli bir enerji üretim sahasıdır; ancak tek başına insanlığın tüm ihtiyaçlarını karşılama ihtimali düşüktür ki bu kaynaktan böyle bir şeyi beklemenin bilimsel bir temeli de bulunmamaktadır.