Rüzgar Türbini

Rüzgar türbini, rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için kullanılmaktadır. Genellikle yüksek kuleler üzerine yerleştirilmiş büyük pervanelerden oluşurlar. Bu pervaneler, rüzgar estiğinde dönerek, jeneratör aracılığıyla elektrik üretirler.

Rüzgar türbinleri, yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yer tutar çünkü fosil yakıtların aksine, rüzgar enerjisi çevreye zarar vermeden, temiz bir şekilde enerji sağlar.

Rüzgar Türbini

Çalışma Mekanizması

Rüzgar türbini, atmosfere bağlı kinetik enerjinin, mekanik ve sonrasında elektrik enerjisine dönüştürülmesini sağlayan aerodinamik ve elektromekanik bir sistemdir. Türbin, esas olarak rotor kanatları, bir şaft, genellikle bir dişli kutusu ve elektrik jeneratöründen oluşur.

• Rotor kanatları, rüzgarın kinetik enerjisinden faydalanarak Bernoulli ilkesi ve aerodinamik kaldırma kuvveti etkisiyle dönerler. Bu kanatlar, genellikle kompozit malzemelerden üretilir ve aerodinamik verimliliğini artırmak için özel bir eğimli yapıya sahiptir.
• Dönen rotor kanatları, hub olarak adlandırılan merkez noktalarına bağlı bir ana şafta mekanik enerji transferi gerçekleştirir. Bu şaft, türbinin tasarımına bağlı olarak doğrudan ya da bir dişli kutusu aracılığıyla jeneratöre bağlanır. Dişli kutusu, rotorun nispeten düşük hızdaki dönüşünü, jeneratörün ihtiyaç duyduğu daha yüksek hızdaki dönüşe dönüştürmek için kullanılır; ancak bazı türbin tasarımlarında doğrudan tahrikli jeneratörler de yer alabilir.
• Jeneratör, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren bileşendir ve bu süreç, elektromanyetik indüksiyon yoluyla gerçekleşir. Üretilen elektrik enerjisi, genellikle bir dönüştürücü sistem tarafından optimize edilerek elektrik şebekesine iletilir.

Türbinde Kullanılan Ekipmanlar

Tasarım

Rüzgar türbinleri, genellikle iki ana türde bulunur: yatay eksenli ve dikey eksenli.

• Yatay eksenli türbinler, geleneksel rüzgar türbini tasarımıdır ve en yaygın kullanılan tiptir.

Yatay Eksenli Türbin

• Dikey eksenli türbinler ise daha az yaygındır ve genellikle belirli kent ve çevresel şartlar için özel olarak tasarlanır.

Dikey Eksenli Türbin

Kurulum Alanı

Rüzgar türbinlerinin yerleştirildiği alanlar genellikle rüzgar potansiyelinin yüksek olduğu yerlerdir. Deniz üstleri (offshore), rüzgar çiftlikleri kurmak için popüler alanlardır çünkü burada rüzgar hızları daha yüksektir ve karasal engeller daha azdır. Rüzgar enerjisi, sürdürülebilir ve çevre dostu bir enerji üretim yöntemi olması nedeniyle dünya genelinde giderek daha fazla önem kazanıyor.

Su Yüzeyine Kurulan Rüzgar Çiftliği

Rüzgar estiğinde, rotorun dönmesine yardımcı olan kanatlar rüzgarın bir kısmını yüzde olarak engellerler. Bu da enerjiye dönüştürülen yüzdedir. Kanat verimi ne kadar iyi olursa elde edilecek güç de o kadar yüksek olur. Fizik kurallarına göre enerjiye dönüştürülebilecek rüzgar maksimum %59.3‘tür ve bu Betz Limiti olarak adlandırılır. Fakat pratik uygulanan sistemlerde sürtünme, ısı ve türbülans kayıpları da oluştuğundan bu oran %30 civarlarına düşmektedir.

Rüzgar türbinleri tek başına yada hibrit sistemler olarak kullanılabilir. Hibrit sistemlerde genellikle güneş paneli, hidroelektrik yada diğer kaynaklarla birlikte kullanılır. Sistem olarak, bir şebekeye bağlanarak, güneş pilleriyle veya dizel jeneratörlerle birlikte hibrit şekilde kullanılabilirler. Tek sistem olarak kullanılan rüzgar türbinleri bugüne kadar genelde su pompalarını ve iletişim cihazlarını çalıştırmak için kullanılmaktaydı ama günümüzde rüzgarlı bölgelerdeki ev sahipleri veya çiftçilerde elektrik üretmek için rüzgar türbinleri kullanılmaktadır.

Rüzgar türbinleri belirli veya değişken rüzgar hızlarında çalışmaları için ayarlanabilirler. Değişken hızlarda çalışabilen rüzgar türbinleri, sabit hızda çalışanlara göre %8 ila %15 arasında daha fazla enerji üretimi sağlayabilirler. Bununla beraber bu rüzgar türbinlerinin sabit enerji çıkışı verebilmesi için ek elektronik devrelere ihtiyaç duyarlar.

Üretilen Enerjiyi Etkileyen Faktörler

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. Genellikle rüzgar türbinleri saatte 33 mil/h (13.4 m/s) hızla döndüklerinde tam kapasite olarak çalışmaktadırlar. Saatte 45 mi/h (20 m/s) hızına çıktıklarında ise otomatik olarak sistem durmaktadır. Türbinin fazla hızlanması halinde sistemi durduracak birçok kontrol bulumaktadır. En genel sistem fren sistemidir. Pervane 45 mil/h hızına ulaştığında dönme işlemini durdurur.

Tipik büyük bir rüzgar türbini yıllık 5.2 milyon kWh elektrik enerjisi üretir. Yaklaşık 600 hanenin elektrik ihtiyacını karşılayabilir.

Rüzgar Enerjisinin Avantajları

• Rüzgar enerjisinin “temiz” ve “yenilenebilir” özelliklerde olmasıdır.
• Atmosfere zararlı karbondikosit ve nitrojen gazları salınımı yoktur.
• Rüzgarın bitmesi gibi bir durum söz konusu değildir.
• Rüzgar enerjisi her ülkede üretilebilir. Başka ülkelerden enerji transfer etmeye gerek duyulmaz.
• Ayrıca rüzgar santralleri uzak bölgelere inşaa edilip, üretilen enerjinin merkezi yerlere iletilmesi daha kolaydır.

Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları

• Diğer enerji santralleri gibi her zaman yüksek verimle çalışamazlar. Rüzgar hızı değişkenlik göstermekte ve verim düşmektedir. Eğer rüzgar fazla eserse türbinler çalışmaz. Veya rüzgar az eserse türbinler yine çalışmaz.
• Rüzgar enerji santrallerinin yatırım maliyetleri çok yüksektir.
• Rüzgar enerji santralleri çok fazla gürültü yapmaktadır. Rüzgar türbinleri şehirlere yakın bölgelerde oluşturdukları ses kirliliği sebebiyle insanlara, hayvanlara ve doğal yaşama rahatsızlık vermektedir.
• Göç eden kuşlar için ciddi sorunlara yol açmaktadır.
• Rüzgar santralleri eğer çok fazla miktarda bir bölgede ise, o bölgenin cep telefonu ve televizyon sinyallerini bozabilmektedir.