Elektrik Enerjisi ve Üretimi

Rüzgar Hesaplamaları

RÜZGARIN OLUŞUMU,ÖZELLİKLERİ VE HESAPLAMALARI

Yer yüzeyinin gerek duyduğu enerjinin tümü Güneş’ten gelmektedir. Güneş yeryüzüne her saat 100.000.000.000.000 kWh ‘lık enerji yayar. Başka bir deyişle,yer yüzeyi Güneş’ten 1017watt gücünde enerji alır. Güneş’ten gelen enerjinin yaklaşık %1-2 ‘si rüzgar enerjisine dönüşür.Yani rüzgar enerjisi hız enerjisine (kinetik enerjiye) dönüşmüş güneş enerjisidir denilebilir.Karalar, denizler ve atmosfer farklı özgül ısılara sahip oldukları için , güneşten alınan enerji sonrasında farklı sıcaklıklara sahip olurlar. Sıcaklık dağılımı, coğrafik ve çevresel koşullara bağlıdır. Yer yüzeyinde ortaya çıkan sıcaklık ve buna bağlı basınç farklılıkları, rüzgarların oluşmasına neden olmaktadır.

Küresel Rüzgarlar

Ekvator ve çevresi güneş ışınlarının yer yüzeyine geliş açılarındaki farklılıklar nedeniyle, diğer enlemlere göre daha çok ısınırlar. Farklı ısınma ve sıcaklık derecesinden dolayı hava dolaşımları başlamış olur. Sıcak hava soğuk havadan daha hafiftir. Isınma sonucunda sıcak hava yukarı doğru yükselir. Bu yükselme, yaklaşık olarak 10m kadar sürer. Bu yükseklikten sonra kuzey ve güneye doğru hareketlerine devam ederler. Her iki kürede 30 derece enlemlerde, yerin dönmesinden kaynaklanan Corriolis kuvveti hava kütlesinin daha yüksek enlemlere gitmesini engelleyerek kuzeye ve güneye sapmasına sebep olur. Hareket halindeki hava kütlesi dünyanın dönmesinden olayı kuzey yarım kürede sağa, güney yarım kürede sola sapar.Hava kütleleri yüksek basınç alanlarından dolayı tekrar aşağı seviyelere doğru inmeye başlarlar. Kutuplarda da havanın daha soğuk olmasından dolayı yüksek basınç alanları oluşur. Corriolis kuvveti baskın rüzgar yönlerini belirlemede etkisi büyüktür. Tablo da Corriolis kuvvetinden dolayı hakim rüzgar yönlerinin enlemlere göre dağılışı verilmiştir. Bu tablodaki hakim yönler rüzgar türbünü seçimi bakımında önemlidir.
Enlem 90-60 N 60-30 N 30-0 N 0-30 S 30-60 S 60-90 S
Yön NE SW NE SE NW SE

Rüzgara Etki Eden Faktörler

Türbülans

Türbülans düzenli olmayan rüzgar akışıdır. Çok engebeli ve pürüzlü arazilerde binalar, ağaçlar vb. engeller çok fazla türbülans yaratır. Türbülans alanı engelin yüksekliğinin 3 katına kadar uzanabilir. Şekil den de görüleceği gibi türbülans engelin arka tarafında daha belirgindir. Türbülans rüzgar türbininde enerji üretim verimliliğini azaltır ve türbin de yıpranma ve hasarlara yol açar. Bu nedenle düşük türbülans yoğunluğu rüzgar türbinlerinin ömürlerinin daha uzun olmasını sağlar.

Tünel Etkisi

Rüzgarın binalar arasından ve dağlar arası dar geçitlerden geçerken hızı artar. Buna tünel etkisi denir. Rüzgar hızı açık alanlarda 6 m/s ise, bu tür yerlerden geçerken 9 m/s kadar yükselebilir. Bir tünele kurulan bir rüzgar türbini, çevre alanlardakinden daha yüksek rüzgar hızlarını yakalama şansına sahip olacaktır. İyi bir tünel etkisi sağlamak için, tünelin arazi içine ‘ mükemmel ‘ olarak girmiş olması gerekir . Tepeleri çok sert ve düzgün olmayan bir durumda ise, o alanda türbülans çoktur, yani rüzgar (yönü çok fazla değiştiğinden ) dönmekte olacaktır. Türbülansın çok olduğu yerlerde rüzgar hız avantajı tamamen olumsuz etkilenir. Sürekli değişen rüzgarlar türbinlerde yırtılma, çatlama gibi zararlara sebep olabilir.

Tepe Etkisi

Rüzgar türbinleri rüzgar hızından daha iyi biçimde yararlanmak için yerleştirilecek en uygun mekanlar tepelerdir. Tepelerde rüzgar hızları çevreye göre daha yüksektir. Fakat düzgün ve pürüzlü tepelerde,rüzgar hızının artması bir avantaj oluşturmasına rağmen ,türbülans meydana gelmesi bunu tümüyle ortadan kaldırır. Şekil de rüzgar türbini için uygu olan ve olmayan arazi özellikleri gösterilmiştir.

Park Etkisi Ve Kuyruk Yeli Etkisi

Rüzgar tarlalarındaki her bir türbün rüzgarın hızını azaltır. Bu sebeple türbünler hakim rüzgar yönüne göre yerleştirilmeliler. Genel olarak rüzgar tarlalarında türbünler arası uzaklık hakim rüzgar yönünde ise 5-9 rotor çapı, bu yöne dikse 3-5 rotor çapı kadar bir uzaklığa yarleştirilmeliler. Var olan park etki sebebiyle rüzgar tarlalarında %5 lik bir enerji kaybı olur.Türbüne gelen rüzgar, türbünden çıktıktan sonra arka kısımda uzun bir aralıkta türbülans oluşturur. Bu da ikinci sırada yerleştirilen türbünlerde kuyruk yeli etkisi yapar. Bunu önlemek ikinci sıradaki türbünler birinci sıradakilerden daha uzağa, yaklaşık 3 rotor, kurulmalıdır. Genellikle, aşağıdaki şekildeki gibi yerleştirilirler.

2. Yüzey Şekillerinin Etkisi

Rüzgar 1 km’lik yüksekliğe kadar yeryüzü engebeliğinden etkilenir. Engebelik ne kadar fazla ise rüzgar hızında da azalmalar o kadar fazla olur. Tablo de farklı yüzeylerin verilen pürüzlülük değerlerine göre, su yüzeyi, rüzgarı daha az etkileyen en pürüzsüz yüzeydir. Rüzgar türbününün enerji verimliliği de uygun rüzgar koşullarını değerlendirmek için arazilerin pürüzlülük bağlı katsayıları büyük önem taşır.

Rüzgar Hızının Değişimi

Atmosferik Sınır Tabaka

Atmosferik sınır tabaka, yüzeydeki değişiklerden en fazla etkilenen ve bu etkilenmeye hızlı bir şekilde tepki veren atmosferin yüzey tabakası olarak tanımlanmaktadır. Atmosferik sınır tabakada, momentum, ısı ve kütle alış verişi meydana gelir. Rüzgar enerjisinde kullanılan rüzgar eşitlikleri atmosferik sınır tabaka için geliştirilmiştir.

Rüzgar Hızı Kestirimleri

Rüzgar hızı profili,rüzgar hızını düşey değişimi, türbin yüksekliği baz alınarak iki şekilde bulur.

Hellman üstel eşitliği;

V(z)=Vr(z/zr)?

z :yerden yükseklik

V(z):z yüksekliğindeki rüzgar hızı

zr :referans ölçüm yüksekliği

Vr :zr yüksekliğindeki rüzgar hızı

? :pürüzlülük katsayısı

Logaritmik fonksiyon;

V(z) = ln(z/z0)

V(10) ln(10/z0)

z :yerden yükseklik

V(z) : z yüksekliğindeki rüzgar hızı

V(10):10 m yükseklikteki rüzgar hızı

z0 :pürüzlülük uzunluğu

Rüzgarın Değerlendirilmesi

Meteorolojik ölçümler sonucu elde edilen rüzgar verileri uzun vadeli rüzgar kayıtları elde etmek ayrıca, farklı site ve farklı yüksekliklerdeki rüzgar özelliklerini belirlemek için değerlendirmeye alınır. Değerlendirmede, çeşitli rüzgar hızı olasılık dağılımları ve bunları matematiksel olarak modellemekte kullanılan fonksiyonlara başvurulur.Bu fonksiyonlardan en çok kullanılanlar dan biri de Weibull Dağılımıve Rayleigh Fonksiyonu dır.

Weibull Dağılımı, rüzgarın belirli bir periyottaki değişimi ve dağılımının bulunmasında kullanılan iki parametreli bir ifadedir. Eğer bir yıl boyunca rüzgar ölçülürse ,rüzgarın hangi şiddet değerinde ve hangi sıklıkta estiğini gösteren grafik aşağıdaki şekildeki gibi olacaktır. Bu dağılımın altında kalan alanın toplam olabilirliği “1” dir.

İki parametreli Weibull olasılık dağılım yoğunluk fonksiyonu şu denklem ile verilir;

Buna karşılık gelen kümülatif dağılımı da ,

şeklinde verilir.[6]

? : rüzgar hızı (m/s)

c : ölçek değişkeni (m/s)

k : şekil değişkeni

Rayleigh Fonksiyonu

Rayleigh fonksiyonu Weibull’un basitleştirilmiş bir versiyonu olarak düşünülebilir. Weibull fonksiyonunda şekil parametresi olan c 2’ye eşitlenirse Rayleigh fonksiyonu elde edilir. Rayleigh olasılık dağılım yoğunluk fonksiyonu şu denklem ile verilir,

Buna karşılık gelen Rayleigh kümülatif dağılımı da aşağıdaki denklem ile verilir,

Rüzgar Gülü

Rüzgar gülü, belirli kesimlerdeki rüzgarın esme sıklığını (frekansı) verir. Rüzgar gülü aynı zamanda her bir kesimin ortalama rüzgar hızına katkısının ne kadar olduğunu gösterir. Rüzgar gülü yalnızca rüzgar yönlerinin oransal dağılımını verir. Gerçek ortalama hız düzeyini vermez. Rüzgar gülü, türbin yerleşiminde son derece önemlidir. Eğer rüzgardaki enerjinin büyük bir kısmı belirli bir yönden geliyorsa bu yönde olabildiğince az engel olması ve arazinin de düz ve pürüzsüz olması gerekir. Eğer türbin bu yönde yerleştirmek gerekiyorsa, mesela, hakim rüzgar yönü güney ise doğu ve batı yönlerindeki engeller önemlidir. Çünkü bu yönlerden herhangi bir rüzgar gücü gelmez.

Şekil. Rüzgar Gülü

Rüzgar enerjisinin Formüle Edilmesi

Rüzgar gücünün hesabında kinetik enerji formülü kullanılır. Rüzgar hareket halindeki bir hava akımı olduğu için rüzgarında bir kinetik enerjisi vardır. Hareket halindeki havanın gücü kinetik enerjinin saniye başına akış oranıdır.

Rotorsuz durumda rüzgarın akış yönüne dik herhangi bir A alanı içinden birim zamanda taşınan güç şu şekilde verilir:

W= (A? Vo3) 1/ 2 (2.7)

Burada p havanın yoğunluğunu, A kanat alanını ve Vo ise rüzgar hızını göstermektedir. Bu gücün tamamı rüzgar türbini tarafından faydalı güce dönüştürülemez.Rüzgar türbini için uygun güç rotordan geçen havanın kinetik enerjisindeki değişime eşittir”

Şekil. Havanın rotor çevresindeki akışı

Rotordan geçen havanın ağırlık oranı türbin giriş ve çıkışlarında sabittir.

M=?A oV0= ?A 1V1 = ?A 2V2 (2.8)

Rotor diskinde ki F kuvveti momentum değişim oranı ile ifade edilirse;

F=m(V0- V2) (2.9)

Rotordan elde edilecek güç, kinetik enerji değişim oranı ile verilir.

W=m(1/2 V02 -1/2 V22) (2.10)

Rotora gelen hız V1 ise,enerji

W=F V1 (2.11)

olarak elde edilir.

Denklem (2.9) ve denklem (2.11)’ u kullanırsak;

V1=1/2(V0- V2) (2.12)

Akış aşağı hız faktörü (downstream velocity factor) ,

b= V2 / V0 (2.13)

elde edilir.

Buradan,denklemler (2.11),(2.9) ,(2.7) ve (2.12)‘ u kullanarak

F/A1=1/2? V02(1-b2) (2.14)

ve

W/A1=1/2 ? V03*1/2(1-b2)(1+b) (2.15)

İfadeleri elde edilir.

Cp, güç faktörü veya verim olup, şu şekilde ifade edilir.

Cp=W/W1 (2.16)

W1= 1/2 ? A 1V03 olmasından dolayı; (2.17)

Cp=1/2(1-b2)(1+b)

Cp maksimum değeri %59.3 dür. Bu değere Lanchester Betz limiti denir. Bu limit değer, rüzgar enerjisi elektrik santrallerinin en fazla %59.3 verime sahip olacaklarını göstermektedir. Rüzgar türbinleri için kanat uç hız oranı olan ? (? = wR/Vo) şaftın devir sayısını dolayısıyla Cp’yi etkilemektedir.

Sonuç olarak, bir rüzgar türbininden elde edilecek maksimum güç;

W= Cp*1/2 ? A 1V03 (2.19)

ifade edilebilir.

Denklem (2.19)’ dan da görüleceği gibi rüzgardan elde edilebilecek maksimum güç rüzgar hızının küpü ile orantılı. Aşağıdaki tablodan da rüzgar hızındaki küçük bir değişikliğin güçteki etkisi görülebilir.

Tablo . Çeşitli Rüzgar hızı değerlerinde elde edilecek güçler

Kaynak:http://www.melikedemir.com/ 

Çin’de maglev rüzgar türbini üretimi

Çin’de maglev rüzgar türbinlerinin kitlesel üretimine geçiliyor

Orta Çin’de manyetik kaldırmalı (maglev) rüzgar türbinlerinin kitlesel üretiminin yapılacağı tesisin inşaatına geçtiğimiz pazartesi günü başlandı.

Guangzhou kökenli Zhongke Hengyuan Energy Technology Şirketi jeneratörlerin üretileceği tesisin yapımı için 400 Milyon Yuan yatırırken, Şirketin yıllık gelir beklentisinin 1,6 Milyar Yuan olduğu belirtiliyor.

Şirket tarafından yapılan açıklamada söz konusu üretim tesisinde 2008 yılında 400 wattan 5 kilowat’a kadar enerji üretme yeteneğine sahip maglev rüzgar jeneratörlerinin kitlesel üretiminin yapılacağı not edildi.

Maglev rüzgar jeneratörleri, Guangzhou Enerji Araştırma Entitüsü ve Çin Bilimler Akademisinin yardımlarıyla Zhongke Hengyuan Energy Technology Şirketince, rüzgarın 1,5 m/sn gibi düşük hızlarda estiği bölgelerde rüzgar enerjisinden daha iyi yararlanabilmek için geliştirildi.

Şirketin baş bilimsel geliştiricisi Li Guokun, geleneksel rüzgar tübinlerinin sorunun mil yataklarının oluşturduğu sürtünmeyi yenerek dönmeye başlamak için yüksek rüzgar hızlarına ihtiyaç duymaları olduğunu vurguluyarak, sürtünmesiz maglev heneratörlerinin rüzgar çiftliklerinin işletim harcamalarını yarı yarıya azaltarak, rüzgar enerjisinin toplam maliyetini kilowatt saati 0,4 yuan düzeyinde tutabileceğini belirtiyor.

Maglev Rüzgar Türbinleri, Pekin’de 2006 Asya Rüzgar Enerjisi Fuarında (Wind Power Asia Exhibition 2006) ilk kez görünmelerinden bugüne bir düzine Çin Şehrinin ve dünyada 50′den fazla ülkenin artan bir ilgisiyle karşılaştı.

Zhongke Şirketince, bu jeneratörlerin, adalarda gözlem evlerinde, televizyon yayın aktarıcılarında hatta otobanlarda seyehat eden araçların oluşturduğu hava akımıyla bile çalışarak otoban aydınlatmasında kullanılabileceği belirtiliyor.
Kaynak:Engin Bilim

Günümüzde Rüzgar Enerjisi

Rüzgar gücünden ilk olarak yelkenli gemilerde ve yel değirmenleri ile tahıl öğütmede yararlanılmıştır. 1.yüzyılda yaşayan İskenderiye`li Heron, Pneumatika adlı kitabında org çalmak için rüzgar gücünden faydalanıldığını belirtmektedir. ABD`de 1956`da yayınlanan bir kitabında Wulff`un belirttiğine göre, 10. yüzyılda İran`ın doğusundaki Sicistan bölgesinde düşey eksenli yel değirmenleriyle hem öğütme, hem de suların yükseltilmesiyle sulama yapılmaktaydı. 13.yüzyılda Şam`da yaşayan El Dimışki adlı bilim adamının düşey eksenli yel değirmeni çizimleri mevcut olup, bu tip değirmenlerin o yöredeki örneklerine 1963 yılında bile rastlamak mümkündü. Bu çizimlere dayanarak Wulff tarafından yapılan aerodinamik hesaplamalara göre, bu değirmenlerin 30 m/s rüzgar hızındaki gücü 22 BG` ye ulaşmaktaydı. Diğer bir tip olan yatay eksenli yel değirmenlerinin ilk olarak Hollanda, İngiltere, Fransa ve Almanya gibi Kuzey Avrupa ülkelerinde ortaya çıktığı sanılır. Hatta Hollanda`nın adı yel değirmenleriyle özdeşleşmiştir. Gerçekten de rüzgar gücü, Ortaçağ`da endüstri devrimine kadar Avrupa`daki temel enerji kaynaklarının başında gelmekteydi. Ancak yatay eksenli rüzgar değirmenlerinin mucidi, Anadolu`lu bir bilim adamı olan ve Batı Dünyası`nda adı kısaca “el Cezeri” olarak bilinen “Bedi-üz-Zaman Ebu`l İz Ismail el-Rezzaz el-Cezeri`dir. İsminden de anlaşılacağı üzere Ebu`l İz, Cizre`de yaşamış bir bilgindir. Sibernetiğin ve robotik biliminin babası kabul edilmektedir. 1136-1206 yılları arasında yaşayan bilginimiz bir robot yaparak Artuklu hükümdarı Mahmud bin Mehmed`e takdim etmiştir . Bunu gören Sultan hayretler içinde kalmış; takdirlerini belirterek, emeğinin karşılığını göreceğini söylemiş ve buluşlarını bir kitap halinde yazmasını istemiştir. Ebu`l Iz bunun üzerine yazdığı “Kitab-ül`-Cami Beyne`l-Ilmi- ve`l-Amelin-Nafi` Fi Sınaati`l-Hiyel” adlı kitabında, 300`e yakın otomatik makine ve bunların sistemleri ile ilgili bilgi verdikten sonra çalışma özelliklerini şemalarla göstermiştir. Sadece suyun kaldırma ve basınç gücünü kullanarak tamamen yeni bir teknik ve sistem kurmuş, çok yönlü otomatik hareketler elde edebilmiştir. Bu meşhur eser, 20. yüzyıl başında Prof. Wiedemann tarafından Almanca`ya, 1974 senesinde de “Al Jazari`s Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices” adıyla Donald R. Rill tarafından İngilizce`ye tercüme edilerak Boston ve Dordrecht`te basıldı. Bugün İstanbul Topkapı Sarayı III. Ahmed Kütüphanesi`nde bulunan A3472 kayıtlı yazma, özgün eserin bir ikinci el kopyasıdır. Bu kitabın dikkat çekici özelliklerinden biri de şekillerin sekiz yüzyıl önce boyanmasına karşın renklerin canlılıklarından hiçbir şey kaybetmemiş olmasıdır. Kültür Bakanlığı bu kopyanın “Olağanüstü Mekanik Araçların Bilgisi Hakkında Kitap” adıyla 3000 adet tıpkı basımını yapmıştır. (ISBN 975-17-0698-X Kültür Bakanlığı - 1990). Kitabın Türkçe çevirisi ne yazık ki bulunmamaktadır. Ebû-l Iz`in makinelerinden birkaç tanesi Erlangen Üniversitesi`nde Alman Profesör Wiedemann tarafından yapılmış ve çalıştırılmıştır. ITÜ Bilim ve Teknoloji Tarihi Enstitüsü de, kitaptaki şekillerin aslına sadık kalarak, tavus kuşlu su saatini yapmıştır. Bu kitabın İngilizce tercümesine bir önsöz yazan meşhur bilim tarihçisi Prof. White Jr. önsözün bir yerinde; “Batılı bilginler konik sübapların ilk defa Leonardo Da Vinci`nin çizimlerinde görüldüğünü öğretirler. Halbuki İsmail Ebul-iz El Cezeri`nin resimlerinde de bunlar gözükmektedir.”der. Ebû-l Iz`in bu eseri altı bölümden meydana gelmektedir. Beşinci bölümde derin olmayan bir kuyudan veya akan bir nehirden suyu yükselten aletler hakkında beş şekil vardır. Bu aletlerde kaldırma gücü olarak yatay eksenli rüzgar türbinlerinden yararlanılmaktadır. Bu tip rüzgar değirmenleri, Avrupa ve Amerika`da ancak 19. yüzyılın sonundan itibaren su pompalanması ve depolanmasında kullanılmaya başlanmıştır. Halbuki ülkemizde bunlar o tarihten 700 yıl önce kullanılmaktaydı. Hem de bizden bir bilim adamının buluşu sayesinde.

Rüzgardan Elektrik Üretilmesi

Güneşten dünyamıza ulaşan ışınlar yeryüzü katmanlarını farklı derecede ısıtır. Buradan atmosfere yansıyan ışınlarla hava ısınır. Farklı ısınma sonucunda meydana gelen yoğunluk ve basınç farkı, havanın bir yerden bir yere hareket etmesine sebep olur. Bu hava hareketlerine rüzgar adı verilir. Rüzgarın gücü gerçek anlamda ilk kez ne zaman keşfedilmiş derseniz. Aslında insanlar ilk çağlardan beri rüzgar gücünden faydalanmayı düşünmüşlerdir. Rüzgar enerjisinden sadece mekanik enerji, yani hareket enerjisi elde edilmez. Rüzgarın günümüzdeki en önemli kullanım yerlerinden birisi elektrik üretimidir. Rüzgar sayesinde fosil yakıtların neden olduğu küresel ısınmanın önüne geçmek ve temiz bir şekilde elektrik üretmek mümkün olmaktadır. Çünkü rüzgar santralinin hammaddeye ihtiyacı yoktur, kurulması da diğer santrallere göre daha hızlıdır. Üç ay gibi kısa bir zamanda inşası tamamlanıp üretime başlayabilir. Rüzgardan elektrik üreten türbinlerin yatırım maliyeti uzun vadede düşüktür. Bakım masraflarının az olması nedeniyle üretim maliyeti hemen hemen sıfırdır. Bir türbin, ürettiği elektrikle 2-3 senede kendini amorti eder. İlk olarak 1888`de ABD`deki Ohio Eyaletinin Cleveland kentinde Charles Brush ve 1891`de Danimarka`da Poul La Cour üç kanatlı pervaneye sahip yatay eksenli rüzgar türbinleriyle elektrik üretmeye başlamışlardır. Bunlar 25-35 kW gücünde küçük elektrik üreticileriydi. 2. Dünya Savaşı`ndan sonra Danimarkalı Gedser 200 kW`lık 3 kanatlı türbin yapmıştır. ABD`de ise 1930`lu yıllarda 1,25 MW`lık, çapı 53,3 m olan iki kanatlı büyük bir türbin Smith-Putnam tarafından yapılmış ve bu büyük kapasiteli türbinlerin benzerleri 1980`lerin başına kadar ABD Enerji Bakanlığı tarafından kullanılmıştır. 1970`lerin ortasındaki petrol krizinden sonra rüzgar enerjisinden elektrik üretme işine daha fazla ağırlık verilmeye başlanmıştır.

Rüzgar Enerjisinden Elektrik Üretme Potansiyeli

Rüzgarın taşıdığı enerji potansiyeli, hızın küpü ile orantılıdır. Rüzgar türbini kurmak için seçilen yörenin yıllık ortalama rüzgar hızı mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır. Rüzgar hızı yerden yükseldikçe artar. Hız, kıyıdan denize doğru açıldıkça da artmaktadır. Rüzgarın hızı yıldan yıla ve mevsimlere göre de değişmektedir. Türkiye`de Devlet Meteoroloji İşleri (DMI) tarafından rüzgar ölçümleri, yön ve şiddet olarak değişik konumlarda yapılmaktadır. Ülkemizin birçok yöresinde bu ölçümler yapılmış olup, yerden 10 m yükseklikte yıllık ortalama rüzgar hızının 4-5 m/s olduğu birçok yöremizin türbin kuruluşuna uygun olduğu tespit edilmiştir. TEAŞ, rüzgar ölçüm analizlerinden WASP (Wind Atlas Analysis and Application Program) yardımıyla, rüzgar enerjisi potansiyeli ve yıllık ortalama elektrik üretimi tahmini yapabilmektedir. Elektrik İşleri Etüt İdaresi (EIE), DMI Genel Müdürlüğü`ne ait istasyonların 1970-80 arasındaki 10 yıllık verilerini değerlendirerek “Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli” adıyla yayınlamıştır. Buna göre ortalama rüzgar hızı 5 m/s ile 3,8 m/s arasında değişirken ortalama güç yoğunluğu 152,8 W/m2 ile 71,2 W/m2 arasında değişmektedir. Yine EIE, Rüzgar Enerjisi Gözlem Istasyonu Projesi`ni başlatmıştır. 3 yıllık istasyon raporlarına göre İzmir - Kocadağ 8,5 m/s ile en yüksek hıza sahiptir. Bunu sırasıyla Gökçeada (6,83 m/s), Akhisar (6,78 m/s) ve Belen (6,5 m/s) takip etmektedir. Buralardaki güç yoğunlukları da sırasıyla 775, 457, 450 ve 343 W/m2`dir. Ülkemizde 80-100 bin MW arasında rüzgar enerjisi potansiyeli olduğu tahmin edilmektedir. Enerji Bakanlığı`nın tahmini ise 10 bin MW`tır. Şu anda Çeşme`de ve Bozcaada`da çalışır durumda ancak toplam 30 MW` lık rüzgar santralimiz mevcuttur.

Dünya Teknolojisindeki Durum

2002 sonunda kurulu kapasite Avrupa`da 23.300 MW, Dünyada ise 31.400 MW olmuştur. 1982-92 arasında ABD-Kaliforniya`da 15 bin türbin kurulmuş ve 1993`te 3 milyar kWh elektrik üretilmiştir. Dünyanın en büyük rüzgar çiftliği 370 MW gücü ile Amerika`da bulunan Altamount Pass tesisidir. 8160 ha alan kaplayan çiftlikte 100 MW`lik 3500 adet ve 300-405 kW`lık 40 adet türbin vardır. Rüzgar enerjisi maksimum %59,3 teorik verimle mekanik enerjiye çevrilebilir. Türbinlerin ekonomik ömrü 15-20 yıldır. AB 2005 yılında birincil enerjinin %8`ini rüzgardan karşılamayı planlamış olup kurulu kapasiteyi 42 bin MW`a ulaştırmayı hedeflemiştir. Bu da 1400 kW`lik 30 bin türbin demektir. Rotor kanat sayısı 1-3, rotor çapı 18-65 m, dönme hızları 28-60 d/dak`dir. Optimum büyüklük 1-3 MW`tır. Dünyadaki kurulu gücün 2010`da 121 bin MW, 2012`de 161 bin MW`a ulaşacağı tahmin edilmektedir. Amerika`da 1981`de maliyet 30 cent/kWh iken 15 yılda 5 cent`in altına inmiştir. Santral maliyeti ise 1000 dolar/kW dolayındadır. Ingiltere`de rüzgardan üretilen elektriğin birim maliyeti gaz santrallerinde üretilenin 1,4 katı, nükleer santırandakinin %52`si, kömürlü santralıdakinin %71`i dir. İşletme ve bakım maliyeti 1 cent/kWh`tir. Petrol fiyatlarının yükselmesi rüzgar enerjisinin gelişimini olumlu etkilemektedir.

Rüzgar Enerjisinin Önündeki Engeller

Rüzgar santrallerinin en önemli sakıncası gürültüdür. Aerodinamik ve mekanik olmak üzere iki türlü gürültü vardır. Mekanik gürültü azaltılsa bile aerodinamik gürültü azaltılamaz. Çiftlik içinde 85 dB düzeyindeki gürültü 400 m uzakta 37 dB’ye düşmektedir. Rüzgar tarlaları ile konutlar arasında 300-400 m mesafe olmalıdır. İkinci çekincesi elektromanyetik girişimdir. Dönen kanatlar radyo, TV, uydu servisi ve radarlarda girişime neden olabilir. Parazit 2-3 km ile sınırlıdır. Üçüncü çekince arazi kullanımıdır. Tek türbinin alan ihtiyacı 700-1000 m2/MW, rüzgar tarlasının ise bunun 150-200 katıdır (0,1-0,2 km2/MW). Ancak türbinler toplam alanın %1`ini işgal ettiğinden %99 kısmında tarım yapılabilir.

Rüzgar santrallerinin en önemli sakıncası gürültüdür. Aerodinamik ve mekanik olmak üzere iki türlü gürültü vardır. Mekanik gürültü azaltılsa bile aerodinamik gürültü azaltılamaz. Çiftlik içinde 85 dB düzeyindeki gürültü 400 m uzakta 37 dB`ye düşmektedir. Rüzgar tarlaları ile konutlar arasında 300-400 m mesafe olmalıdır. İkinci çekincesi elektromanyetik girişimdir. Dönen kanatlar radyo, TV, uydu servisi ve radarlarda girişime neden olabilir. Parazit 2-3 km ile sınırlıdır. Üçüncü çekince arazi kullanımıdır. Tek türbinin alan ihtiyacı 700-1000 m2/MW, rüzgar tarlasının ise bunun 150-200 katıdır (0,1-0,2 km2/MW). Ancak türbinler toplam alanın %1`ini işgal ettiğinden %99 kısmında tarım yapılabilir. Kutsal kitaplarda da rüzgarın birçok uygulama alanına dikkat çekilmektedir. Örneğin Kur`an-ı Kerim`de rüzgardan bahseden 23 ayet bulunmaktadır. Bu ayetlerde temel olarak rüzgarların evrilip çevrilmesine, rüzgarlarla yağmur bulutlarının sevk edilmesine, gemilerin hareket ettirilmesine, ekinleri vuran kavurucu ve soğuk rüzgarlara, taşları sürükleyecek ve ağaçları kökünden sökecek şiddetli kasırgalara işaret edilmekte, ayrıca Hz.Süleyman`ın rüzgarla ilgili bir mucizesine de dikkat çekilmektedir. tefsircilere göre, Kuran`da peygamberlerin mucizelerinden bahsedilmesinin bir nedeni de insanları o mucizelere yetişmek için çalışmaya teşvik etmektir. Biz de günümüzdeki bilimsel çalışmalar sayesinde rüzgarlardan azami derecede yararlanabiliriz. Işte elektrik üretimi bu yararlanma yollarının en önemlilerinden biri olarak karşımıza çıkmaktadır.

Kaynaklar
1. Şen Z., Temiz Enerji ve Kaynakları, Su Vakfı Yayınları, Istanbul, 2002.
2. Manwell JF, McGowan JG, Rogers AL, Wind Energy Explained, John Wiley&Sons, West Sussex, 2002.
3. Yeni Rehber Ansiklopedisi, Ismail Ebul-iz El Cezeri maddesi, Cilt 4, Sayfa:345-347.
4. http://www.ismailebuliz.com.tr.tc/
5. http://www.awea.org/default.htm
Kaynak:http://www.ekolojimagazin.com/ ‘dan alınmıştır.

Rüzgardan elektrik üretimi

Rüzgardan elektrik üretimini köyümde basit bir düzenekle yapmak istiyorum? Yel değirmenim boşa dönüyor… Nasıl yapabilirim? Teşekkürler (Cüneyt Türkkuşu)

Rüzgar türbini esas olarak, rüzgar itkisiyle dönen bir pervaneye bağlı bir ‘alternatör’den oluşur. Alternatördeki bir mıknatıs (rotor), içinde döndüğü sarımda (stator) bir elektrik gerilimi oluşturur ve sonuç olarak, bu iletken sarımda elektrik akımı oluşur. Daha sonra bu elektriğin gerilim ve akım düzeyi, trafo gibi araçlarla arzu edilen düzeylere ayarlanır. Dolayısıyla bir rüzgar türbini; pervane, buna bağlı bir alternatör ve ardından gelen, voltaj ve akım düzenleyici veya dönüştürücülerinden oluşur.

Aşağıdaki şekilde, elektrik gereksinimini yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlamayı amaçlayan bir konut sisteminin çizimi sunuluyor. Sistemde rüzgar türbinine ek olarak bir güneş paneliyle bir küçük ’su jeneratörü’ de var. Talebi, su jeneratörüne ek olarak; güneşli ve rüzgarsız havalarda güneş paneli, kapalı ve rüzgarlı havalarda rüzgar türbini sağlıyor. Bunların üçünün de yeterli olmadığı zamanlar için, sistemde bir de, örneğin benzin veya mazotla çalışan ‘motor-jeneratör’ bulunuyor.
Dikkat edilmesi gereken bir nokta, rüzgar türbini ve su jeneratörüne bağlı birer ’saptırma yükü’ var iken, güneş paneli devresinde böyle bir bileşenin olmaması. Bunun nedeni, güneş panellerinin ‘pasif,’ diğer ikisinin ise ‘aktif’ güç üreticileri olmaları. Şöyle ki; bir güneş paneli aküler dolmadığı sürece elektrik üretir ve aküler dolar dolmaz da, üretim için gerekli gerilim farkları ortadan kalkmış olduğundan, üretimi durdurur. Halbuki rüzgar ve su türbinleri, rüzgar estiği veya su aktığı sürece elektrik üretir ve sağlanan güç kullanılmazsa eğer, bu, türbin sistemine zarar verebilir. O nedenle, akünün dolu olduğu zamanlarda üretilen elektriği kullanacak bir ’saptırma yükü’ne gereksinim vardır: örneğin bir ısıtıcı veya klima gibi.

Rüzgar türbininin gücü; rüzgarın hızına, pervanelerdeki pala sayısına, palaların uzunluğuna ve geometrisine bağlıdır. Rüzgara engel olacak yapılardan uzak bir yerde ve rüzgar hızının yüksek olacağı yüksekliklerde konumlandırılması gerekir. Küçük bir sistem, bir binanın çatısına da yerleştirilebilir. Ancak bu durumda, pervanede oluşan periyodik yükler bina iskeletine de aktarılmış olacaktır.
Kaynak:http://www.biltek.tubitak.gov.tr/