ATÖLYE ÇALIŞMASI I

Rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi gibi insanoğlunun varlığından beri kullanılagelen enerji kaynaklarındandır. Rüzgârda tohumları savurma, eşya kurutma daha sonraları yelkenli kayıkları gemileri hareket ettirme gerçekte rüzgâr enerjisinden yararlanmak demektir. Akarsu kenarında yaşayanlar için problem çözülüyordu fakat akarsuyun olmadığı bölgelerde iş biraz daha zordu. Burada da yel değirmenleri devreye girdi ve rüzgârın gücünden yararlanıldı. Havanın rüzgârlı olduğu zamanlarda yel değirmenlerinden yararlanarak un elde edilebiliyordu.

Enerji, bir cisim ya da sistemin iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır. Dünyada bilinen enerji çeşitleri kimyasal enerji, elektrik enerjisi, ısı enerjisi, ışık enerjisi ve nükleer enerji şeklinde adlandırıldığı gibi değişik şekillerde de bulunabilmektedir. Bir cismin konumu ve durumu nedeniyle sahip olduğu enerji potansiyel enerji, hızı olan cisimlerin sahip olduğu enerji kinetik enerji, cisimlerin sıcaklıkları nedeniyle sahip olduğu enerji ısı enerjisi, devrelerde elektrik yüklerinin hareketleri sebebiyle sahip oldukları enerji elektrik enerjisi,
maddelerin kimyasal reaksiyonlarda bulunması sonucu ortaya çıkan enerji kimyasal enerji olarak adlandırılmaktadır. Ayrıca güneş enerjisi, ses enerjisi, dalga enerjisi, jeotermal enerji ve rüzgâr enerjisi de diğer enerji çeşitleri olarak sayılabilir.

Güneşten Dünya’ya gelen enerjinin %1-2’sinin rüzgâra dönüştüğü tahmin edilmektedir. Gelen enerjinin bir bölümü yeryüzünü ısıtır. Yeryüzünün her tarafının aynı miktarda ısınmaması rüzgârı meydana getirir. Yeryüzünün farklı ısınması, havanın sıcaklığının, neminin ve basıncının farklı olmasına, farklı basınçta havanın hareketine neden olur. Birçok yerde mevsime bağlı farklılıklar bulunur. Rüzgâr hızı genel olarak kışın daha yüksek olmakla birlikte bazı bölgelerde yeryüzü şekillerine bağlı olarak yazın daha yüksek olabilmektedir.
Sıcak ve soğuk hava döngüsü hava tabakasını oluşturan molekülleri de hareket ettirir. Atmosferdeki sıcak-soğuk hava yer değiştirmesi hızlı bir şekilde meydana geldiğinde bu olaya rüzgâr diyoruz. Rüzgâr havanın hareketi olduğuna göre yukarıda da ifade edildiği gibi, cismin bir hızı varsa bir kinetik enerjisi vardır, öyleyse rüzgârın da bir enerjisi vardır ve biz buna rüzgâr enerjisi diyoruz.

Rüzgâr enerjisinden elektrik üretebilmek için sürekli rüzgâr alabilen yerlere ihtiyaç vardır. Rüzgâr enerjisinden yararlanarak elektrik enerjisi üretilen sistemlere rüzgâr santralleri denir. Rüzgâr türbinleri rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir.

Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, pervane, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlardan oluşur. Rüzgâr türbinleri dönme eksenine göre “Düşey Eksenli Rüzgâr Türbinleri” ve “Yatay Eksenli Rüzgâr Türbinleri” olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.

Rüzgâr gücü hesabı
P=0,3ρ A vr3
ifadesi ile verilir. Burada r havanın yoğunluğu, A pervanelerin süpürdüğü alan, vr rüzgârın ortalama hızı olarak verilmektedir. Eşitlik (4.1)’de verilen parametrelerin birimleri ρ (kg/m3 ), A (m2) ve vr (m/s) olarak SI birim sisteminde verilirse gücün (P) birimi watt olarak bulunur. Denklem verilirken rüzgâr türbinlerinin verimlerinin yaklaşık %59 olduğu kabul edilmiştir.

Çoğunlukla büyük rüzgâr türbinleri rüzgâr 15 m/s hızla eserken tam kapasite çalışma şartlarına erişirler. Rüzgâr hızı 20 m/s ulaştığında sisteme mekanik
parçalara aşırı yük binmesi sebebiyle sistem otomatik olarak durmaktadır. Türbinin fazlahızlanması halinde sistemi durduracak birçok kontrol sistemi bulunmaktadır. En genel sistem fren sistemidir. Rüzgâr 20 m/s hıza ulaştığında fren sistemiyle pervanelerin dönmesi durdurulur. Bundan başka diğer güvenlik elemanları da şunlardır:
• Açı Kontrolü: Pervane yüksek hızlara çıktığında, üretilen enerji de çok fazla olmaktadır. Bu gibi durumlarda pervanelerin açılarını değiştirip daha yavaş bir dönme hareketi elde etmek için açı kontrolü sistemi kullanılır.
• Pasif Yavaşlatıcı: Genellikle pervaneler ve motor bloğu sabit bir açıyla ayarlanmışlardır. Ancak rüzgâr çok hızlı estiği zamanlarda pervanenin tepe taklak olmasın engellemek için geliştirilmiş bir sistemdir. Aerodinamik olarak rüzgârın 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.
Üretilen enerjinin artması için pervane çapının artması gerekmektedir. Bu da rüzgâr türbininin yüksekliğinin de artması anlamına gelir. Bu sayede daha fazla rüzgâr alıp daha hızlı bir dönme hareketi sağlanır.

Büyük bir rüzgâr türbini yıllık 5 gigawattsaat elektrik enerjisi üretir. Yaklaşık 600 hanenin elektrik ihtiyacını karşılayabilir.

Günümüzde kömür ve nükleer santraller, rüzgâr santrallerinden daha ucuza enerji üretebilmektedirler. O halde neden rüzgâr enerjisini kullanalım? Bunun iki önemli nedeni vardır. İlki rüzgâr enerjisinin temiz ve yenilenebilir özelliklerde olmasıdır. Atmosfere zararlı gazların salınımı yoktur ve rüzgârın bitmesi gibi
bir durum söz konusu değildir. İkincisi rüzgâr enerjisi her ülkede rüzgâr olduğu ölçüde vardır. Bu nedenle ülke dışından enerji alımını azaltır, dolayısıyla enerjide başka ülkelere olan bağımlılığı azaltır. Ayrıca rüzgâr santralleri uzak bölgelere inşa edilip, üretilen elektrik enerjisinin merkezi yerlere iletilmesi daha kolaydır. Rüzgâr santrallerinin bu yararlarının yanında olumsuz yönleri de vardır. Diğer enerji santralleri gibi her zaman yüksek verimle çalışamazlar. Çünkü rüzgâr hızı değişkenlik göstermektedir. Rüzgâr türbinleri şehirlere yakın bölgelerde oluşturulduklarında ses kirliliği sebebiyle insanlara, hayvanlara ve doğal yaşama rahatsızlık verebilmektedir. Rüzgâr var olduğundan beri güvenilir enerji kaynağı değildir. Rüzgâr hızı düştüğünde ya da kesildiğinde geri dönüşümü olmayan enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır.

Rüzgâr Enerjisinin Avantajları:
Rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi, dalga enerjisi, jeotermal enerji gibi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. Çevreyi kirletmesi atık gazlar salması, sera etkisi oluşturması gibi olumsuz etkileri yoktur. Kaynağı rüzgâr olduğundan bitmesi söz konusu değildir. Rüzgâr tesislerinin kurulumu, işletilmesi ve bakımı diğer tesislere göre daha kolaydır. Enerji üretim maliyetleri düşüktür. Güvenilirliğinin artması, bölgesel olması dolayısıyla kişiler kendi elektriğini üretebilmektedir. Rüzgâr enerjisinden her ülkede elektrik enerjisi üretilebilir. Ayrıca rüzgâr santralleri uzak bölgelere inşa edilip, üretilen enerjinin merkezi yerlere iletilmesi daha kolaydır.

Rüzgâr Enerjisinin Dezavantajları:
Rüzgârın esintisinin sürekli olmaması nedeniyle üretim aralıklarla yapılabildiğinden enerji üretim değeri sabit değildir. Rüzgâr türbinleri pervaneleri nedeniyle büyük alana ihtiyaç duyarlar. Gürültülü çalışırlar. Kömür, petrol gibi fosil veya nükleer yakıtlardan elde edilen enerjiye oranla enerji üretimi oldukça düşüktür. Yatırım maliyetleri yüksektir. Kullanım ömrü dolan kompozit parçaların doğada geri dönüştürülmesinin mümkün olmaması gibi
nedenler rüzgâr enerjisinin olumsuz yönleri olarak sıralanabilir. Rüzgâr türbinleri bir yerleşim yerinin elektrik yükünü karşılayabilir. Burada, türbin
elektrik yükünün yakınında ve yük ayrıca şebeke ile bağlantılıdır. Bu türbinler 10-l00 kW arasında güce sahip türbinlerdir. Ayrıca merkezî yerde çok sayıda tesis edilmiş türbinlerle rüzgâr tarlaları da oluşturulabilir. Burada da asıl amaç şebekeye enerji temin etmektir. Bu türbinlerin güçleri 50-500 kW’tır.

Bir cismin konumu ve durumu nedeniyle sahip olduğu enerji potansiyel enerji, hızı olan cisimlerin sahip olduğu enerji kinetik enerji, cisimlerin sıcaklıkları nedeniyle sahip olduğu enerji ısı enerjisi, devrelerde elektrik yüklerinin hareketleri sebebiyle sahip oldukları enerji elektrik enerjisi,
maddelerin kimyasal reaksiyonlarda bulunması sonucu ortaya çıkan enerji kimyasal enerji olarak adlandırılmaktadır.

Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, pervane, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlardan oluşur.

Pervane yüksek hızlara çıktığında, üretilen enerji de çok fazla olmaktadır. Bu gibi durumlarda pervanelerin açılarını değiştirip daha yavaş bir dönme hareketi elde etmek için açı kontrolü sistemi kullanılır.

Bir rüzgâr türbininin ürettiği enerjinin hesaplanması için rüzgârın hızına ve pervane çapına ihtiyaç vardır. Çoğunlukla büyük rüzgâr türbinleri rüzgâr 15 m/s hızla eserken tam kapasite çalışma şartlarına erişirler. Rüzgâr hızı 20 m/s ulaştığında sisteme mekanik parçalara aşırı yük binmesi sebebiyle sistem otomatik olarak durmaktadır.

Büyük bir rüzgâr türbini yıllık 5 gigawattsaat elektrik enerjisi üretir. Yaklaşık 600 hanenin elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Günümüzde kömür ve nükleer santraller, rüzgâr santrallerinden daha ucuza enerji üretebilmektedirler. O halde neden rüzgâr enerjisini kullanalım? Bunun iki önemli nedeni vardır. İlki rüzgâr enerjisinin temiz ve yenilenebilir özelliklerde olmasıdır. Atmosfere zararlı gazların salınımı yoktur ve rüzgârın bitmesi gibi
bir durum söz konusu değildir. İkincisi rüzgâr enerjisi her ülkede rüzgâr olduğu ölçüde vardır. Bu nedenle ülke dışından enerji alımını azaltır, dolayısıyla enerjide başka ülkelere olan bağımlılığı azaltır. Ayrıca rüzgâr santralleri uzak bölgelere inşa edilip, üretilen elektrik enerjisinin merkezi yerlere iletilmesi daha kolaydır.

Rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi, dalga enerjisi, jeotermal enerji gibi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarındandır.

Rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi, dalga enerjisi, jeotermal enerji gibi temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. Çevreyi kirletmesi atık gazlar salması, sera etkisi oluşturması gibi olumsuz etkileri yoktur. Kaynağı rüzgâr olduğundan bitmesi söz konusu değildir. Rüzgâr tesislerinin kurulumu, işletilmesi ve bakımı diğer tesislere göre daha kolaydır. Enerji üretim maliyetleri düşüktür. Güvenilirliğinin artması, bölgesel olması dolayısıyla kişiler kendi elektriğini üretebilmektedir. Rüzgâr enerjisinden her ülkede elektrik enerjisi üretilebilir.

Rüzgârın esintisinin sürekli olmaması nedeniyle üretim aralıklarla yapılabildiğinden enerji üretim değeri sabit değildir. Rüzgâr türbinleri pervaneleri nedeniyle büyük alana ihtiyaç duyarlar. Gürültülü çalışırlar. Kömür, petrol gibi fosil veya nükleer yakıtlardan elde edilen enerjiye oranla enerji üretimi oldukça düşüktür. Yatırım maliyetleri yüksektir. Kullanım ömrü dolan kompozit parçaların doğada geri dönüştürülmesinin mümkün olmaması gibi nedenler rüzgâr enerjisinin olumsuz yönleri olarak sıralanabilir.

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

Güneşten Dünya’ya gelen enerjinin %1-2’sinin rüzgâra dönüştüğü tahmin edilmektedir.