RÜZGAR ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİMİ

Yenilenebilir bir enerji kaynağı olan rüzgârdan eski çağlardan beri birçok alanda yararlanılmasına rağmen bu kaynaktan elektrik enerjisi üretimi ise nispeten daha yenidir. Bu konudaki araştırmalar ve mevcut sistemleri geliştirme çabaları artan bir hızla devam etmektedir. Rüzgârdan elektrik enerjisi üreten sistemlerin çalışma prensibi ile su gücünden faydalanan hidroelektrik santrallerin çalışma prensibi temelde aynıdır. Bir hidroelektrik santralde suyun kinetik enerjisi bir türbin yardımıyla elektrik enerjisine çevrilirken, bir rüzgâr türbininde ise bir eksen etrafında dönen kanatlar yardımıyla bu kez rüzgârın kinetik enerjisi önce mekanik enerjiye sonra da elektrik enerjisine dönüştürülür. Elektrik üretmek amacıyla dizayn edilen bir sistemde rüzgâr türbin palaları döndürür. Bu hareket bir şaft vasıtası ile jeneratöre aktarılır ve jeneratörden de elektrik enerjisi elde edilir. Bir rüzgâr türbininden 500 evin elektrik ihtiyacı olan yıllık 4.500.000 kWh(kilovatsaat) elektrik elde edilebilir. Rüzgâr türbinlerinin büyük bir kısmı, verimli çalışabilmeleri için en az 5 m/s hızla hareket eden rüzgâra ihtiyaç duyar. Rüzgâr potansiyelinin az olduğu durumlarda ise diğer güç kaynakları ile hibrit olarak kullanılabilir. Bu arada rüzgâr hızının irtifa ile arttığını da unutmamak gerekir. Yerden 100 metrelik bir irtifada rüzgârdan elde edebileceğimiz elektrik enerjisi miktarı zemin irtifasına oranla daha fazladır. Rüzgâr çiftlikleri olarak tanımlanan büyük ölçekli rüzgâr türbin santralleri ise rüzgâra ve yüzlerce dönüm araziye ihtiyaç duyar. Öte yandan bu araziler aynı zamanda ziraat için de kullanılabilir.

Günümüzün rüzgâr türbinleri yatay eksenli ve düşey eksenli olmak üzere iki farklı eksen üzerinde tasarlanır. Yatay eksenli türbinler yeryüzüne paralel olan eksen etrafında dönen palalara sahip iken düşey eksenli rüzgâr türbinleri ise yeryüzüne dik olan eksen etrafında dönen palalara sahiptir. Dik eksenli türbinlerin avantajı rüzgârın her yöndeki hareketi ile enerji üretmesidir. Fakat yeryüzüne yakın olarak inşa edilme zorunluluğu olduğu için yüksek irtifadaki yüksek rüzgâr hızlarından faydalanamaz. Bu nedenle yüksek kapasiteli elektrik üretmenin en verimli yolu yatay eksenli rüzgâr türbinlerini tercih etmektir.

Yatay eksenli bir rüzgâr türbin sisteminde pervane, nasel ve kule olmak üzere üç önemli alt sistem vardır. Bunlardan biri olan pervane, bütün pala ve pala göbeğini içine alır. Modern türbinler genellikle üç palalı ve 50 ila 90 m çapında pervaneye sahiptir. Palalar pervane montajında en önemli bileşendir. Hava palaların üzerinden geçtikçe pervane döner ve onun bu hareketi türbinin iş yapmasına izin verir. Modern türbinlerin çoğu düşük ve yüksek rüzgâr hızlarında verimli çalışabilmeleri için palaların hatve açısını değiştirmeye uygun olarak tasarlanır.

Rüzgâr türbininin en hayati parçası palalar ve pala tasarımıdır. Palaların aerodinamik analizi sürükleme veya taşıma kuvveti esas alınarak gerçekleştirilir. Yelkenli gemilerde olduğu gibi palalar rüzgâr gücünü pervaneyi itmek için kullanır. Sürükleme kuvveti esas alınarak yapılan tasarımda pala uç hızı rüzgâr hızından fazla olamayacağından dolayı bu durum yüksek tork ve düşük dönme hızı- na sebep olur. Bu esasla çalışan yel değirmenleri, verimleri düşük olmasına rağmen torkları yüksek olduğu için tarlalarda su pompalamak ve değirmenleri döndürmek için geçmişte sıklıkla kullanıldı. Taşıma kuvveti ile tasarlanan türbin palaları ise uçak kanadı gibi davranır. Bu nedenle palaların dönüş hızı ve türbinin verimi yüksektir. Pala tasarımı bu nedenle bir dizi tasarım sürecini beraberinde getirir. Pala profili seçimlerinde nihai hedef palanın taşıma ve stall karakteristiklerinin güvenilir olmasını ve pala yüzeyinde oluşacak kirlenme, yağmur, buzlanma ve diğer oluşacak katmanların pervanenin performansına olan zararının minimize edilmesini gerektirir. Genellikle pala tasarımcıları, palaların uç kısımlarında pala kesiti seçiminde klasik kanat profillerini kullanırken palaların iç kısımlarında ise kalınlığı fazla olan kanat profillerini tercih ederler.

Hava, düşük hücum açısına sahip bir kanat üzerinde, yüzeyine tutunarak akar. Hücum açısını arttırırsanız taşıma gittikçe artar, ta ki hava akımı kanat yüzeyinden ayrılır ve dolayısı ile taşımanın aniden düşmesine sebep olur. Bu duruma Stall denir.

Pala tasarımında diğer önemli bir faktör ise pala sayısı ve pala yerleşimidir. Modern yatay eksenli türbinlerin çoğu sadece üç ya da iki pala sayısına sahiptir. Pala sayısının artışı, pervane torkunu artırmasına rağmen türbinden geçen hava akımını olumsuz etkiler ve akım hızını daha da yavaşlatarak türbülanslı hâle getirir. Bu da daha az verim anlamına gelir. Bu nedenle pala sayısını en yüksek faydayı sağlayacak şekilde belirlemek gerekir. Pala sayısı ile birlikte diğer önemli bir husus da pala yerleşimidir. Pervanenin her bir dönüşünde türbin kulesinin üzerinden paralel geçen palalar kulenin hava blokajına maruz kalır, dolayısı ile dönüş esnasında harmonik bir dengesizlik meydana gelir. Bu dengesizlik malzeme yorgunluğu olarak bilinen yapısal problemleri beraberinde getirir. Bu tür bir harmonik dengesizliği en aza indirmenin yolu ise pala sayısının tek sayı olarak seçimidir.

Pervane, kulenin üstünde yer alan nasele bağlıdır. Nasel dişli kutusu, şaftlar, frenler, kontrol ekipmanları vb. içine alır. Büyük türbinlerde, nasel bir arabayı içine alacak kadar büyüktür ve bir türbin teknisyeninin içerisinde çalışırken ayakta durabilmesine olanak tanır.

Hatve kontrollü rüzgâr türbinlerinde elektronik kontrol ünitesi, türbinin çıkış gücünü saniyede birkaç kere kontrol ederek optimum güçte çalışmasına olanak tanır. Aşırı rüzgâr hızlarında çıkış gücü aşırı artacağından, pala hatve mekanizmasına sinyal göndererek gücünü azaltacak şekilde pervane palalarının hatve açısını değiştirir. Rüzgâr hızı düştüğünde ise hatve mekanizması bu sefer tersi istikamette palaların hatvesini değiştirerek türbin gücünü olması gereken değere getirir.

Pasif stall kontrollü rüzgâr türbinleri pervane göbeğine sabit hatve açısı ile yerleştirilmiş palalara sahiptir. Palaların aerodinamik tasarımı türbinden istenilen optimum çıkış gücüne göre yapılır ve aşırı rüzgâr hızlarında pala yüzeyinin stalla girmesi sağlanarak çıkış gücü ayarlanmış olur. Bu nedenle palaların, yüzeyinin tümüyle birden stalla girmesini engellemek için yüzeyi burularak tasarımı yapılır. Stall kontrolünün hatve kontrolüne göre avantajı, hareketli mekanizmalara ve karmaşık kontrol ünitesine gerek olmayışıdır. Dünyada kurulu olan rüzgâr türbinlerinin üçte ikisi Stall kontrollü olarak tasarlanmıştır.

Aktif stall güç kontrol mekanizmalarının kullanımı, 1 MW ve üstündeki büyük rüzgâr türbinlerinde artış göstermektedir. Teknik olarak bakılırsa bu tip tasarım, hatve kontrollü tasarım ile Stall kontrollü tasarımın birleşimi olarak göze çarpar. Rüzgâr hızı düşük seyrettiği zaman, türbinin çıkış gücünü arttırmak için palaların hatve açısı değiştirilir. Diğer taraftan aşırı güç durumunda, palaların hatve açısı stall artacak şekilde değiştirilerek güç azaltılır. Bu tip kontrol mekanizması pasif stall olana göre daha avantajlıdır. Çünkü aktif stall kontrollü türbinler, rüzgâr hızının yüksek olduğu hız aralığında optimum güçte çalışabilir, hâlbuki pasif stall kontrollü türbinlerde rüzgâr hızı önceden belirlenmiş değerin üstünde artmaya devam etmesi ile türbin gücü de gittikçe azalacaktır.

Rüzgâr türbini sapma mekanizması rüzgâr türbinini rüzgâra karşı döndürmek için kullanılır. Sapma hatası pervane tarama alanı rüzgâra dik olamadığı zaman karşımıza çıkar ve türbinden elde edilecek enerjinin azalmasına ve yapısal problemle- re sebep olur. Sapma açısı kontrolü yapılmayan türbinlerde pervane palaları döngüsel olarak ileri ve geri eğilme yüklerine maruz kalır. Bu da malzeme yorgunluğuna sebebiyet vererek türbinin ömrünü azaltır. Bu nedenle türbin pervanelerinin rüzgâr yönüne göre çevrilmesini sağlarken bir taraftan da sapma hatasını kuvvet uygulayarak minimize etmek gerekir. Bu nedenle yatay eksenli türbinlerin çoğu elektrik motoru veya dişli kutusu yardımı ile çalışan sapma mekanizmaları kullanır. Diğer önemli bir durum ise nasel ile kule arasındaki kablo tertibatıdır. Nasel, sapma mekanizması vasıtası ile kule üzerinde döndükçe kablo tertibatı da beraber döneceğinden kablo tertibatında oluşacak burulmanın kontrol altında olması ve bertaraf edilmesi gerekir.

Rüzgâr türbini kulesi, naselin ve pervanenin istenilen irtifaya çıkartılmasını sağlayan bir yapıdır. Büyük rüzgâr türbinlerinde genellikle tübik çelik kuleler, kafes yapılı kuleler ya da beton kuleler kullanır. Küçük rüzgâr türbinlerinde ise genellikle çelik halatlarla sağlamlaştırılmış çelik borulardan yararlanılır. Konik bir geometriye sahip tübik çelik kuleler 20-30 m boyutlarında üretilip somun cıvatalarla birleştirilerek istenilen yüksekliğe getirilir. Kafes yapılı kuleler ise çelik profillerin birebirine kaynaklanması ile üretilir. Bu tip kulelerde tübik kulelere göre aynı dayanaklıkta ve yarı yarıya daha az çelik malzeme kullanılır. Kafes kulelerin tek dezavantajı ise estetik olarak göze hoş gelmemesidir. Türbinden yüksek oranda güç elde etmek için türbinin yeterince yüksekte olması gerekir. Diğer bir deyişle, türbini rüzgârın yer yüzeyinde uğradığı yavaşlama ve düzensizliğinden kurtarmak gerekir. Rüzgârın yer yüzeyindeki hızı sıfırdır, irtifa arttıkça hızı artar ve yaklaşık 100 m irtifada yeryüzü etkisi minimuma düşer. Bu nedenle kulenin öncelikle etrafını saran objelerden 150 m uzaklıkta olması ve kule yüksekliğinin de en az 8 m olması gerekir. Büyük türbin kuleleri genellikle 40 ila 70 m arasındadır. Rüzgâr, yeryüzü sürüklemesinden ve havanın viskozitesinden dolayı yüksek irtifalarda daha hızlıdır. Rüzgar hızının irtifa ile değişimi rüzgâr kesmesi olarak bilinir ve yeryüzüne yakın yerlerde daha çok telaffuz edilir. Rüzgâr hızı, gündüzleri irtifanın yedinci kökü ile orantılı olarak artar. Örneğin bir türbinin irtifasını iki kat artırırsak tahmini rüzgâr hızı bu irtifada %10 artmış olur ve dolayısı ile türbin gücünü % 34 artırmış oluruz. Bununla beraber kule yüksekliğini iki katına çıkartmak genellikle türbin çapını da iki katına çıkartmayı gerektirir ki bu da malzeme miktarını yaklaşık sekiz kat artırmak demektir. Geceleri veya atmosferin kararlı olduğu gökyüzünün berrak olduğu zamanlarda, rüzgâr hızı değişimi daha fazladır. İrtifayı iki katına çıkarttığımızda rüzgâr hızı % 20 ila % 60 kadar artabilir. Bu nedenle pala uzunluğunun iki ya da üç katı büyüklüğünde tasarlanan kule yüksekliğinin malzeme maliyetini dengelediği düşünülür.

Pervane vasıtası ile elde edilen mekanik enerji jeneratörler vasıtası ile elektrik enerjisine çevrilir. Rüzgâr türbini jeneratörleri bilinen diğer jeneratörlerden farklı olarak, şiddeti sürekli değişen mekanik güçlerde çalışır. Gücü 100-150 kW’tan büyük rüzgâr türbinlerinde genellikle üç fazlı 690 V elektrik elde edilir. Transformatörler vasıtası ile bu değer 10.000 ile 30.000 V arasında bir değere yükseltilerek lokal elektrik ağına uygun hâle getirilir. Rüzgâr türbinleri ya senkron ya da asenkron jeneratörler ile ve ayrıca jeneratörün ağ bağlantısına göre direkt ya da endirekt olarak tasarlanır. Jeneratörün ihtiyaç duyduğu döngü hızı ise dişli kutusu ile sağlanır.
Senkron jeneratörler: Bir sekron jeneratör uygulanan torkun şiddetinden bağımsız olarak bağlı olduğu elektrik ağının frekansına ayarlanmış olarak sabit hızda çalışır. Ağın frekansı ile dikte edilmiş bu hıza senkron hız da denir.
Asenkron jeneratörler: Bir asenkron jeneratör ise bağlı olduğu elektrik ağın frekansı ile dikte edilen döngü hızındaki sapmalara aldırış etmeyen bir jeneratördür. Diğer bir deyişle, döngü hızının belli bir aralıkta değişimine izin verir ve bu değişim hız kayması olarak tanımlanır. Asenkron jeneratörler rüzgâr türbinlerinde sıklıkla kullanılır. Eğer hız kayması
% 1 civarında seyrediyorsa asenkron jeneratör sabit hızlı asenkron jeneratör olarak adlandırılır. Diğer taraftan hız kayması % 10 civarında ise ve elektronik olarak değiştirilebiliyorsa buna da değişken kaymalı asenkron jeneratör adı verilir. Değişken kaymanın avantajı rüzgâr türbini yüksek güçte çalıştırıldığı zaman anlaşılır. Türbin yüksek güçte çalıştırıldığı zaman, rüzgâr hızındaki değişiklikten olumsuz olarak etkilenir. Fakat değişken kaymalı bir jeneratörde, bu değişiklik jeneratör çıkışında hissedilmez. Dolayısı ile düzgün bir çıkış gücü elde edilir ve aynı zamanda da diğer türbin bileşenlerine gelmesi muhtemel dengesiz yükleme de azaltılır.
Bir jeneratörde geleneksel olarak kullanılan aktif malzemeler arasında daimi mıknatıs, manyetik iletken demir ve elektrik iletken sarımlar bulunur. Ayrıca sıcaklık sensörü gibi elektriksel bileşenler de jeneratör içinde yer almaktadır.

Dişli kutusu pervane ile jeneratör arasında yer alır. Bu bileşenin bir tarafında yüksek torkla dönen düşük hızlı şaft, diğer tarafında da düşük torkla dönen yüksek hızlı şaft bulunur. Pervane düşük hızlı şaftı dakikada 15 ila 60 kere döndürür. Fakat jeneratörün elektrik üretebilmesi için dakikada 1200 ila 1800 dönüşe ihtiyacı vardır. Bu nedenle, aradaki dönüş farkını gidermek için dişli kutusu kullanılır. Peki dişli kutusu kullanılmazsa ne olur? Üç fazlı değişken akımlı iki, üç ya da dört mıknatıslı bir jeneratörden elektrik elde edebilmek için döngü hızının dakikada 1000 ila 3000 arasında olması gerekir. Dolayısıyla 43 m çapında bir pervanenin pala uç hızı da ses hızının iki katını geçecektir. Diğer bir çözüm ise, belki dakikada 30 kere dönen 200-300 mıknatıslı bir jeneratör kullanmak olabilir. Rüzgâr türbinlerinde dişli kutusu, arabalardaki gibi değişken oranlı dişliler içermez, genellikle tek dişli oranına sahiptirler. Örneğin 600 ya da 750 kW’lık bir türbinde dişli oranı yaklaşık olarak 1’e 50’dir.

Rüzgâr türbin kontrol ünitesi, sürekli olarak rüzgâr türbini şartlarını görüntüleyen ve çalışması ile ilgili istatistiki bilgiler toplayan bilgisayarlar içerir. Modern türbinlerde görüntülenen parametrelerin sayısı 100’ü geçer. Örnek olarak rotorun dönüş hızı, palaların hatve açısı, sapma açısı, rüzgârın yönü, jeneratörün dönüş hızı, voltajı ve akımı, kritik bölgelerdeki sıcaklık değerleri, hidrolik basıncı vb. sayabiliriz. İsminden anlaşılacağı üzere, kontrol ünitesi türbin içerisindeki çok sayıda anahtarı, hidrolik pompaları, ventilleri ve motorları da kontrol eder. Kontrol ünitesi ayrıca türbin firması ile ya da operatörü ile haberleşerek alarm durumunu veya servis ihtiyacını iletir.

Türbinlerin çoğunda fren sistemi donanımı vardır. Türbin aşırı hızda döndüğünde veya kontrol ünitesi tarafından bir problem algılandığında türbin, fren sistemi vasıtası ile durdurulur. Çoğu rüzgâr türbini birincil olarak aerodinamik fren sistemi kullanır. Stall kontrollü türbinlerde palalar yaklaşık 90° boylamsal eksenleri etrafında döndürülür. Pasif stall kontrollü türbinlerde ise pala uçları 90° döndürülür. Bu sistemler genellikle yay vasıtası ile hareketi geçer. Bu tip frenleme sistemi çok etkilidir. Acil durumda en fazla birkaç kez daha dönerek dururlar. Frenleme esnasında türbinde mekanik olarak hiçbir yıpranma ve aşınma olmadığı için modern türbinlerde genellikle bu tip frenleme kullanılır. Hatve kontrollü türbinler nadiren mekanik fren sistemine ihtiyaç duyar. Fakat mekanik frenleme sistemi de aerodinamik frene yedek olarak sisteme dâhil edilir.

Anemometre rüzgâr hızını algılar ve bu bilgiyi kontrol ünitesine gönderir. Naselin üstünde anemometre yanına yerleştirilen rüzgârgülü ise rüzgâr yönünü görüntüler. Rüzgâr yönü değiştikçe sapma mekanizmasına sinyal göndererek türbinin rüzgâra karşı dönmesini sağlar.

• Rüzgâr , türbin palalarını döndürür.
• Pervane montajı döner.
• Rotor düşük hızlı şaftı döndürür.
• Dişli kutusu düşük hızlı şaftın döngü sayısını arttırarak yüksek hızlı şafta aktarır.
• Yüksek hızlı şaft jeneratörü çevirir.
• Jeneratör içerisindeki tel sarımları manyetik alan içerisinde döndürülerek elektrik elde edilir.
• Elde edilen elektrik kuleden aşağıya elektrik kabloları ile aktarılır.
• Elektrik burada ya depo edilir veya dağıtılır.

Rüzgâr türbinlerini elektrik enerjisi üretme kapasitelerine göre küçük veya büyük ölçekli olmak üzere iki ayrı sınıfta incelemek mümkündür. Kullanılma alanları da kapasitelerine bağlı olarak farklılık gösterir.
Küçük ya da ev-çiftlik ölçekli bir rüzgâr türbininden en fazla 100 kW’ güç elde edilir. Bu tip rüzgâr sistemleri bir evin veya çiftliğin elektrik ihtiyacını karşılamak için uygundur. Tipik bir küçük rüzgâr sisteminin maliyeti çıkış gücüne göre 1.000$ ile 30.000$ arasında değişmektedir. Elektrik ağına bağlı sistemlerde, iki yönlü elektrik sayacı kullanılarak hem ihtiyaç fazlası elektrik sisteme verilir hem de rüzgâr esmediği zamanki ihtiyaç duyulan elektrik sistemden temin edilir. Fakat kırsal kesimlerde, diğer bir deyişle elektrik ağının olmadığı bölgelerde fazla elektriğin depo edilerek ihtiyaç anında kullanılabilmesi sağlanmalıdır. Bunun için arabalarda kullanılan aküye benzer bir pil destek sistemi kullanılabilir.

Ticari ölçekli rüzgâr türbini sistemleri en az 100 kW gücündeki sistemlerdir. Nominal gücü 1.000 kW’ın üzerinde olan sistemlere ise büyük ölçekli rüzgâr türbini sistemleri denir. Rüzgâr çiftlikleri adı verilen büyük türbinlerin bir arada, grup halinde bulunmaları ile 175.000 nüfuslu bir kasabanın elektrik ihtiyacı kolaylıkla karşılanabilir. Böyle bir çiftliğin kurulum maliyeti 200 milyon $ civarındadır. Fakat rüzgâr potansiyeli genellikle kırsal kesimlerde yüksek olduğundan, elektriğin kırsal kesimlerden şehirlere taşınması gerekir.

Bir rüzgâr türbininin bileşenleri 20 yıl boyunca durmadan çalışacak şekilde tasarlanır. Bu da yaklaşık 120.000 çalışma saati eder (Bir araba motorunun ömrü yaklaşık 5.000 saattir !). Büyük rüzgâr türbinlerinin bu denli uzun çalışma süresi içerisinde güvenli bir şekilde sorunsuz çalışabilmesi için birtakım güvenlik ekipmanları ile donatılması gerekir. Bunlardan en klasik ve basit olanı titreşim sensörüdür. İlk olarak Gedser rüzgâr türbinde kullanılmıştır. Bu sistem basitçe bir bilezik ve üzerinde duran bir bilye içerir. Türbin titreşime başladığı zaman bilye bilezik üzerinden düşer ve türbini durdurur. Nasel içerisinde birçok sensör bulunur. Örneğin dişli kutusundaki yağın ve jeneratörün sıcaklığını ölçen elektronik termometre bunlardan biridir. Sıcaklık belli bir seviyenin üstüne çıktığı zaman sistemi durdurur ve soğumaya bırakır.
Yıldırım düşmesi gerçekten rüzgâr türbinleri için potansiyel bir tehlike teşkil etmektedir. Geçmiş senelerde iletken malzemelerden üretilmeyen palalar için yıldırım korumasının gerekli olmadığı düşünülüyordu. Fakat daha sonra türbinler için uygun koruma sistemi teçhiz edilmez ise yıldırımın bu tip malzemelere de zarar verdiği görülmüştür.Güvenlik açısından rüzgâr türbinlerinin uygun bir şekilde topraklanması da gerekmektedir. Topraklama ile,
• Personele ve hayvanlara gelecek şok tehlikeleri en aza indirilir.
• Yıldırım koruması artırılmış olur ve voltajı makul limitler arasında tutulur.
• Elde edilen potansiyel voltaj farkının personele ve ekipmanlara zarar vermesi engellenir.

Rüzgâr türbinleri üretiminde en fazla önem verilen ve üzerinde hassasiyetle durulan bileşen türbin palalarıdır. Kurulumunun yapılacağı bölgenin rüzgâr potansiyeline ve hedeflenen güç kapasitesine göre tasarlanan türbin palalarının üretiminde iki nokta önem arz eder. Bunlar sırasıyla geometrik hassasiyet ve dayanıklılıktır. Geometrik hassasiyet, palaların üretiminde tasarım süresince planlanan üç boyutlu geometrinin en az hata ile elde edilme işlemidir. Çünkü üretim esnasında pala yüzeyinde yapılacak milimetrik hatalar ve ayrıca elde edilecek pürüzlülük seviyesi palaların performansını olumsuz yönde etkiler. Rüzgâr türbini palaları dönen bir yapı olduklarından harmonik olarak değişen bükme, burulma ve çekme yüklerine maruz klır. Bu yüklerin vereceği zararı minimize etmek için hafif ve dayanıklı malzemelerden imal edilmesi gerekir. Bu nedenle palalar maruz kalacağı yükler altında dayanıklılığının sınanması için statik ve dinamik testlere tabi tutulur.
Pervane palası genel olarak aşağıdaki elemanların bir araya getirilmesi ile elde edilir:
• Harici paneller: Bükme yükünün bir kısmını taşır ve aerodinamik şekli verir.
• Dâhilî boylamsal kirişler: Kesme ve bükme bir kısmını taşır ve kesit yüzeyinin deformasyonuna ve panellerin burulmasına engel olur.
• Yıldırım koruma tabakası
Pala üretiminde plastik içine yedirilmiş fiberler (FRP) sık kullanılan malzemeler arasında gelir. FRP, global yükleri fiberler ile transfer eden ve polimer reçine ile de yükü fiberler arasında dağıtan ve fiberlerin olası yer değiştirmesine engel olan bir yapıya sahip bir malzemedir. Fiber olarak genellikle cam ya da karbon fiberler tercih edilir. Reçine malzemesi olarak da polyester, vinilester ve epoksi kullanılır. İç dolgu malzemesi olarak genelde yapısal köpükler ve ahşap ürünler tercih edilir. Türbin kuleleri öncelikle nasel ile beraber kendi ağırlığını da içine alan statik yüklere ve üzerinde harmonik olarak değişen dinamik yüklere dayanıklı çelik veya beton malzemelerden imal edilir. Kule temeli de yine kuleye uygun dayanıklılıkta inşaat temeline benzer bir şekilde atılır. Kulenin temeli yapılmadan önce zemin etüdünün yapılmış olması gerekir. Tüp
şeklinde olan konik kuleler düz levhalar kullanılarak şekillendirilir ve sonrasında birleşim yerleri içten ve dışarıdan kaynaklanır. Elde edilen kuleler daha önceden inşası tamamlanmış beton temellere somun cıvatalarla monte edilir. 

Günümüzde enerji üretiminde en önemli sorgulama, üretim metodunun çevre ile etkileşiminin araştırılması yani seçilen metodun canlılara olan etkisinin incelenmesi aşamasında gerçekleştirilir. Bu bakımdan rüzgâr türbinlerinin de çıkardığı yan ürünler, çevre ile uyumluluğu ve gürültü gibi etkilerinin araştırılması gerekir.
Yan Ürünler: Rüzgâr türbinleri hava kirliliğini artıran zararlı yan ürünler çıkarmaz. Aksine, Amerika Rüzgâr Enerjisi Kurumu tarafından bir yıl boyunca çalışan 750 kW’lık tek bir türbinin toplamda 1179 ton karbondioksidin, 6,9 ton sülfür dioksidin ve 4,3 ton nitrojenoksidin çevreden uzaklaşmasına vasıta olduğu bildirilmiştir.
Gürültü: Gürültü, modern rüzgâr türbinlerinin kurulduğu ilk zamanlarda üzerinde en çok durulan bir konulardan biri olmuştur. İnce palaların rüzgârda titreşiminden kay- naklanan ve jeneratörden gelen mekanik sesler o zamanki gürültünün kaynağıydı. Fakat günümüzdeki teknolojik ilerlemeler ile birlikte türbinden gelen gürültünün mutfağınızdaki buzdolabından işittiğiniz gürültüye eşdeğer olduğunu söyleyebiliriz. Gürültüyü önlemek üzere pala tasarımı pervane sessiz dönecek şekilde yapılmıştır. Yavaş dönen pervane sesi azaltırken, türbin elemanları mekanik sesleri azaltmak için yalıtılmıştır. Artık modern türbinlerin gürültüsü yukarıda değinildiği gibi mutfağınızdaki buzdolabınızdan işittiğiniz ses kadardır yani 350 m uzaklıkta yalnızca 45 desibeldir.

Kuşlar: Rüzgâr çiftliklerinin kuşlar üzerindeki etkisi hâlen araştırılmaktadır. Özellikle geceleri görülmeyen palalar geceleyin göç eden kuşlar için tehlike arz edebilir. Bu nedenle rüzgâr türbinlerinin yer seçimi yapılırken kuşların göç yollarına denk gelip gelmediğinin araştırılması gerekir.

Görsellik: Rüzgâr türbinlerini görsellik açısından değerlendirdiğimizde, örneğin 500 adet türbin topluca bir bölgeye kurulursa manzaramızı kirlettiğini düşünebiliriz. Türbinleri gizlemek mümkün değildir. Fakat yapılan çalışmalar sonucunda; türbinlerin rastgele değil aksine birbirine eşit uzaklıkta aynı sırada yerleştirilmesinin ve ayrıca aynı tip kule tasarımı kullanımının görsel kirliliği azaltacağı görülmüştür.

Gölgeleme: Rüzgâr türbinlerinin gölgeleme etkisi de ayrıca manzaramızı etkileyebilecek bir diğer unsurdur. Güneşli bir günde, diğer uzun yapılar gibi rüzgâr türbinlerinin komşu alanlarda gölgeleme etkisinden ve ayrıca güneş ışığını kırpıştırıcı etkisinden bahsedilebilir. Bu etki türbin yerleşiminde dikkatli bir planlamayı gerekli kılar.

Rüzgârla çalışan makinelerin ilk örnekleri MS 200 yıllarında Persliler tarafından kullanılmış ve daha sonra MS 250 yıllarında da Romalılara ulaşmıştır. Fakat bu makinelerin ilk pratik uygulaması Afganistan, Sistan’da 7’nci asırda Rashidun caliph Umar (634-644) tarafından inşa edilmiştir. Dik eksenli olan bu yel değirmenlerinin uzun bir dik şaftı ve üzerinde dikdörtgen şekilli palaları bulunmaktaydı. Kumaştan yapılan ve altıdan on ikiye kadar yelkeni bulunan bu değirmenler mısır öğütmek ve su çekmek için kullanılmıştır. İlk yatay eksenli yel değirmeni 1.200 yıllarında geliştirildi. Post Mill olarak adlandırılan, bir destek vazifesi gören yapı üzerine yerleştirilen yel değirmenleri rüzgâr yönüne göre bütün olarak döndürülebilmekteydi. O zaman için değirmende çalışanlar rüzgârın yönü değiştikçe bu döndürme işini yapmaktaydılar. Kule değirmenleri ise bundan sonra keşfedilen ve büyük iyileştirme sağlanan değirmenlerdendi. Yelkenleri andıran kumaş palalara sahip bu değirmenlerin pala yüzeyleri, yüksek rüzgârlarda daraltılıp, düşük rüzgârlarda genişletilebiliyordu. Bu nedenle diğerlerine göre düşük rüzgârda çalışabilme avantajına sahipti.
Elektrik üretimi için büyük rüzgâr değirmenlerinin ilk kullanımı 1888 yılında Ohio’da Charles F.Brush tarafından gerçekleştirilmiştir. Brush makinesi; çok palalı postmill tarzında yapılmış 17 m çapında, büyük bir kuyruğa sahipti. Ayrıca 50:1 oranlı bir dişli kutusuna sahip ilk rüzgâr değirmeniydi. 20 sene başarı ile hizmet etmesine karşın yapısı gereği düşük bir hızla çalışmak zorundaydı. Günümüz şartlarında 17 metrelik bir pervanenin 70-100 kW güç ürettiğini göz önüne alınırsa böyle bir türbinden ancak 12 kW güç eldesinin ne kadar az olduğu anlaşılır. 1892’de Danimarkalı Poul La Cour eski sitil Danimarka yel değirmenini elektrik elde etmek için kullandı. Basit de olsa aerodinamik tasarımı yapılan, dört palalı ve rüzgâr gücü ile çalışan kanat profili kullanan ilk rüzgâr türbini oldu. La Cour, bundan beş sene sonra Danimarka Rüzgâr Elektrik fiirketini kurup toplam 72 adet güçleri 5 kW ile 25 kW arasında değişen jeneratör imal ederek çiftliklere ve kasabalara elektrik sağladı. Bunların içlerinde en büyüğü 24 m yüksekliğinde ve 23 m çapında dört palalı pervaneye sahipti. Danimarka’da 1900 yılları ile su pompalamak ve tahıl öğütmek maksatlı çalışan ve tahmini toplam 30 MW gücünde 2.500 civarında değirmen bulunmaktaydı.
1937’de bir başka araştırmacı Marcellus Jacobs, Minnesota’da Jacobs Rüzgâr Elektrik şirketini kurdu ve rüzgârlı bölgelerde ayda 400-500 kWh(kilovatsaat) elektrik üreten üç palalı rüzgâr jeneratörlerini üretmeye başladı. Bu jeneratörler kırsal bölgelerde radyo gibi elektrikli aletleri çalıştırmak ve aydınlatmak maksadı için kullanıldı ve bütün Dünya’da on binlerce satıldı. 1941’de Rutland yakınlarında Smith-Putnam türbinini inşa edildi. İki palalı 250 ton ağırlığında ve 53 m pala çapı olan bu türbin 33 metrelik bir kule üzerine konulmuştu. 18 ay boyunca gayet güzel çalıştı ve 1250 kWh elektrik sağladı. Fakat rulmanları arızalanınca, 2.Dünya savaşı bitene kadar iki yıl boyunca çalıştırılamadı. Türbin tekrar çalıştırıldıktan üç hafta sonra şiddetli bir fırtınada büyük palalarından birini kaybetti ve türbinin tamiri için finansman bulunamadı. Bu tarihlerde hem rüzgâr türbinlerine olan talebin azalmasından hem de Amerikan hükümetinin de desteğini nükleer güç santrallerine vermesinden dolayı ilk rüzgâr türbinlerinin ömrü sadece dört yıl sürdü. Bunun sonucu olarak 1950’li yıllarda çoğu Amerikan rüzgâr türbini şirketi işlerine son vermek zorunda kaldı. 2.Dünya savaşından sonra, Danimarkalı Johannes Juul’un rüzgâr enerjisi kullanımına ilişkin araştırma ve geliştirme programı modern rüzgâr türbinlerinin başlangıcını teşkil etti. 1959 yılında ünlü Gedser Makinesi inşa edildi. Bu türbin tasarım ve mekanik olarak Amerikan Smith-Putnam türbininden biraz daha karmaşıktı. Türbindeki üç kanatlı tasarım 1970’te inşa edilecek türbinlere temel teşkil etmiştir. 200 kW gücündeki Gedser-Mill o zaman için emsaline göre dünyadaki türbinlerin en büyüğüydü. 11 yıl bakımsız bir şekilde çalışmaya devam eden bu türbin 1970’lerin ortasında revizyona sokularak 3 yıl daha hizmet etmesi sağlandı. 1960’larda Alman Profesör Ulrich Hutter, modern kanat profilleri kullanan, cam fiber ve plastik yapılı, hatve açısı değişken, hafif ve yüksek verimli palalara sahip bir seri yatay eksenli tasarımlar geliştirdi. Bu tasarım yaklaşımı ile rulman yükünün ve yapısal problemlerin aerodinamik yüklerinin dağıtılarak azaltılması öngörüldü. Bu yaklaşım ile pervane göbeğine rulman yer- leştirilerek pervanenin öne ve arkaya doğru sallanması ile aşırı rüzgâr yüklerinin dağıtılması sağlandı. 1973’teki enerji krizi ile tekrar değişiklik rüzgârları esmeye başladı. Bir kez daha ortaya çıkan yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak enerji elde etme isteği nedeniyle sonraki 20 yıl boyunca rüzgâr endüstrisi büyük değişikliklere sahne oldu. 1930’lardan bu yana gündemde olan rüzgâr türbinleri tekrar inşa edildi. 1970’li yıllarda yüzlerce Jacobs türbinleri tekrar üretilip satışa sunuldu. 1970’lerin ortaları ile 1980’li yıllar arasında Amerika hükümeti 13 farklı türde küçük rüzgâr türbini ile 5 adet de büyük ölçekli yatay eksenli türbinin tasarımı, üretimi ve testi için parasal destek ayırdı. Bu araştırma ve geliştirme programı, bugün kullandığımız megawatt ölçekli türbinlere öncülük etmiş oldu. Bunlardan ilki, 1980’li yılların başlarına üretimine başlanan 1,8 kW gücündeki Vermont’daki Enertech fiirketinin inşa ettiği modeldi. 1990’lı yıllarda estetiğin ve dayanıklılığın daha önemli hâle gelmesi ile çelik kafes yapılı kuleler yerini tüp çelik veya beton kulelere bıraktı.

Ülkemizdeki ilk rüzgar santrali 1995 yılında Yap-İşlet-Devret modeli ile İzmir Çeşme’de Demirer Holding tarafından kurulmuştur. 3 adet türbinden oluşan bu tesisin toplam kapasitesi 1,74 MW’tı. 2005 yılında Yenilenebilir Elektrik Kaynakları kanununun yürürlüğe girmesi ile Türkiye’nin birçok bölgesinde özellikle kıyılarımıza yakın bölgelerde rüzgâr çiftlikleri kurulmaya başlanmıştır. Türkiye’de 2008 yılında işletmede olan 249 MW kapasitesinde 13 rüzgâr santrali bulunmakta iken 2009 yılı itibari ile bu kapasite 433 MW’a yükselmiştir. İnşa hâlindeki çiftliklerle beraber bu kapasitenin toplam 667,6 MW’a çıkması beklenmektedir.