ES-06 - Deneysan

95
6.1 RÜZGÂR ENERJİSİ
Rüzgâr enerjisi; doğal, yenilenebilir, temiz ve sonsuz bir güç olup kaynağı güneştir. Güneşin dünyaya
gönderdiği enerjinin %1-2 gibi küçük bir miktarı rüzgâr enerjisine dönüşmektedir Güneşin, yer yüzeyini
ve atmosferi homojen ısıtmamasının bir sonucu olarak ortaya çıkan sıcaklık ve basınç farkından dolayı
hava akımı oluşur. Bir hava kütlesi mevcut durumundan daha fazla ısınırsa atmosferin yukarısına
doğru yükselir ve bu hava kütlesinin yükselmesiyle boşalan yere, aynı hacimdeki soğuk hava kütlesi
yerleşir. Bu hava kütlelerinin yer değiştirmelerine rüzgâr adı verilmektedir. Diğer bir ifadeyle rüzgâr;
birbirine komşu bulunan iki basınç bölgesi arasındaki basınç farklarından dolayı meydana gelen ve
yüksek basınç merkezinden alçak basınç merkezine doğru hareket eden hava akımıdır. Rüzgârlar
yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına akarken; dünyanın kendi ekseni etrafında
dönmesi, yüzey sürtünmeleri, yerel ısı yayılımı, rüzgâr önündeki farklı atmosferik olaylar ve arazinin
topografik yapısı gibi nedenlerden dolayı şekillenir. Rüzgârın özellikleri, yerel coğrafi farklılıklar ve
yeryüzünün homojen olmayan ısınmasına bağlı olarak, zamansal ve yöresel değişiklik gösterir. Rüzgâr
hız ve yön olmak üzere iki parametre ile ifade edilir. Rüzgâr hızı yükseklikle artar ve teorik gücü de
hızının küpü ile orantılı olarak değişir. Rüzgâr enerjisi uygulamalarının ilk yatırım maliyetinin yüksek,
kapasite faktörlerinin düşük oluşu ve değişken enerji üretimi gibi dezavantajları yanında üstünlükleri
genel olarak şöyle sıralanabilir;
 Rüzgâr enerjisi yerli, dışa bağımlı olmayan bir enerji kaynağıdır. Yenilenebilir (tükenmez) ve
doğal bir enerji kaynağı olduğundan dünya var oldukça enerji üretimi sürecektir.
 Rüzgâr türbinleri enerji üretimindeki en çevreci santraller olup doğal dengeyi bozmaz ve
ekolojik yapıyı korurlar. Asit yağmurlarına ve küresel ısınmaya yol açmayan, hiçbir emisyon
(CO2, CO, NOx) çıkarmayan, doğal bitki örtüsü ve insan sağlığına olumsuz etkisi olmayan
sağlıklı bir enerji üretim kaynağıdır.
 Rüzgâr enerjisi, yenilenebilen yani tükenmeyen bir enerji kaynağı olduğundan, hammadde
maliyeti sıfırdır. Ancak türbin olmadan kullanılamayacağı için elbette ki rüzgâr enerjisinin de bir
maliyeti vardır. Bir türbinin maliyeti yaklaşık 1500-2000 $/kW’dır. Dünya piyasasında rekabetin
artmakta olması sebebiyle, fiyatların 1000 $/kW’ın altına düşeceği tahmin edilmektedir.
Rüzgâr enerjisi kullanımı ayrıca fosil yakıt tasarrufu sağlamakta olup fosil yakıt kullanımı
sebebiyle Türkiye gibi dışa bağımlı ülkelerin döviz kaybını önlemektedir.
 Rüzgâr türbinleri çok kısa bir sürede devreye alınabilmekte çok kısa bir sürede
sökülebilmektedir.
 Ayrıca rüzgâr türbinleri, kurulduğu arazinin yalnız %1-2’sini işgal etmesi nedeniyle arazi; tarım
ve hayvancılık için de kullanılabilmektedir.
Rüzgâr enerjisi kullanımının bir takım dezavantajları da mevcuttur:
 Rüzgâr enerji santrallerinde rüzgâr türbinlerinin çalışması sırasında 80-85 dB seviyesinde
gürültü oluşmaktadır. Bu sebeple, rüzgâr enerji santralleri ile yerleşim birimleri arasında 400500 m’lik bir mesafenin bulunması gereklidir.
 Rüzgâr enerji santralleri, diğer enerji santrallerinden daha fazla yer kaplayabilirler. Bu durum
türbinlerin, birbirlerinin rüzgârını kesmemesi amacıyla seyrek yerleştirilmesinden kaynaklanır.
Rüzgâr türbinlerinin oturma alanı gerçekte bulunduğu arazinin %1-2’lik bölümünü
kaplamaktadır.
96



Rüzgâr türbinlerinde, rüzgârın düzenli olmaması sebebiyle, elektrik enerjisi üretiminde kesikli
bir düzen görülür. Yani rüzgârın yeterli hızda esmediği dönemlerde enerji üretimi
gerçekleştirilemez.
Ayrıca yüksek hızla dönen türbin kanatları, kuşların ölümlerine sebep olabilmektedir.
Rüzgâr türbinlerinin büyüklüğüne göre değişmekle beraber, türbinler 2-3 km çapındaki bir alan
içinde radyo, tv ve haberleşme sinyallerini de olumsuz etkilemektedir.
6.2 RÜZGÂR ENERJİSİNDEN ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİM MALİYETİ
Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimi, yatırım giderleri açısından yüksek sermaye
gerektirmesine rağmen; yakıt ve işletme giderleri açısından oldukça düşük sermayeye ihtiyaç
duymaktadır. Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretim maliyeti; yatırım maliyetleri ve değişken
maliyetlerden oluşmaktadır.
a) Yatırım maliyetleri: Rüzgâr türbinlerinin tüm elemanlarının (kanatlar, dişli kutusu, jeneratör,
transformatör v.b.) temini, bu elemanların türbinin kurulacağı bölgeye taşınması ve kurulumlarının
yapılması gibi giderleri içermektedir. Ayrıca şebekeye bağlantı (güç iletim kabloları, trafo ve trafo
merkezleri), bayındırlık işleri (binaların, yolların ve çevre düzenlemesinin yapılması), lisans alma ve
danışmanlık hizmetleri, veri izleme ve kontrol sisteminin maliyetleri de bu kapsamdadır. Tüm maliyetin
yaklaşık olarak %80’ini yatırım maliyetleri oluşturmaktadır (Blanco, 2009).
Yatırım maliyetleri içerisinde en büyük maliyeti, Şekil 1’den görülebileceği üzere %71’le türbinle ilgili
işler (türbin elemanlarının temini ve taşınması, türbinin kurulumu) oluşturmaktadır(Blanco, 2009).
Şekil-6.1 Rüzgâr enerji santrallerinde yatırım maliyetlerinin dağılımı (Blanco, 2009)
Bir rüzgâr türbini temel elemanlarının maliyeti Şekil 2’de verilmiş olup maliyeti en yüksek olan
elemanlar sırasıyla; kule (% 26.30), rotor kanatları (% 22.20) ve dişli kutusu (% 12.99) şeklindedir.
b) Değişken maliyetler: Rüzgâr türbininin çalışma ve bakım maliyetleridir. Ayrıca arazi kiralama
bedeli, yönetim ve idari personel ücretleri, sigorta ve vergiler bu tip maliyetler kapsamındadır.
Değişken maliyetler toplam maliyetinin yaklaşık %20’sine karşılık gelmektedir. Bu tip maliyetlerin
dağılımı Şekil 3’de verilmiş olup en büyük maliyeti %26’yla servis&yedek parça maliyeti ve %21’le
işletme maliyeti (yönetim-idari personel ücretleri) oluşturmaktadır. Rüzgâr türbinlerinde değişken
maliyetler türbinin çalışma ömrü boyunca 1-1.5 €/kWh arasındadır (Blanco, 2009).
97
Şekil-6.2 Rüzgâr türbini temel elemanlarının maliyeti (Blanco, 2009)
Şekil-6.3 Rüzgâr enerji santrallerinde değişken maliyetlerin dağılımı (Blanco, 2009)
6.3 DÜNYA’DA RÜZGÂR ENERJİSİNİN DURUMU
Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) tarafından yapılan dünya teknik rüzgâr enerji potansiyeli
araştırmasında 5.1 m/s üzerinde rüzgâr kapasitesine sahip bölgelerin, uygulamaya dönük ve
toplumsal kısıtlar nedeni ile %4’ünün kullanılacağı öngörüsüne dayanarak dünya teknik rüzgâr
potansiyeli 53000 TWh/yıl olarak hesaplanmıştır. Kıtalar/bölgeler için öngörülen teknik rüzgâr
potansiyelleri (TWh/yıl) Şekil-6.4’de özetlenmiştir.
98
Şekil-6.4 Dünya teknik rüzgâr potansiyeli (Şenel, 2012)
Tablo-6.1 Ülkelerin rüzgâr türbin güç kapasitelerindeki değişim (WWEA, 2012)
Ülke
2011 Yılı Toplam
Kapasite (MW)
1
Çin
62364
2011
Büyüme
(%)
39.4
1
2010
Yılı
Toplam
Kapasite (MW)
44733
2
3
A.B.D.
Almanya
46919
29075
16.8
6.8
2
3
40180
27215
4
İspanya
21673
4.8
4
20676
5
Hindistan
15880
21.54
5
13065.8
6
İtalya
6787
17.1
6
5797
7
8
Fransa
İngiltere
6640
6018
17.3
15.7
7
8
5660
5203.8
9
Kanada
5265
31.4
9
4008
10
Portekiz
4379
18.3
11
3702
17
Türkiye
1729
35.7
17
1274
Toplam
237227
18.8
-
199739
2011 Yılı
Sıra No
Yılı
Oranı
2010 Yılı
Sıra No
Elektrik enerjisi üretiminde, rüzgâr türbin kurulu gücü payının en yüksek olduğu üç Avrupa ülkesi;
Almanya, İspanya, İtalya’dır. Dünya rüzgâr türbin kurulu gücü projeksiyonuna göre toplam kapasitenin
2015 yılında 600000 MW, 2020 yılında 1500000 MW’dan fazla olacağı öngörülmektedir. Dünyada
karaya (onshore) kurulan rüzgâr türbinlerinin yanında denize (offshore) kurulan rüzgâr türbinleri de
elektrik enerjisi üretiminde kullanılmaktadır. 2011 yılı offshore rüzgâr türbinlerinin toplam kapasitesi
3117.6 MW olup offshore rüzgâr türbin kapasitesi en yüksek olan ülkeler; İngiltere (1341 MW),
Danimarka (854 MW) ve Hollanda (249 MW) şeklindedir (WWEA, 2012).
Dünyadaki rüzgâr türbin imalatının büyük kısmı; Çin, ABD, Almanya, Danimarka, İspanya ve Hindistan
gibi rüzgâr türbin güç kapasitesi yüksek olan ülkelerde gerçekleştirilmektedir (Tablo-6.2).
99
Tablo-6.2 Rüzgâr türbini imalatçılarının pazar payları (REN21, 2012)
İmalatçı Firma-Ülke
Rüzgâr türbini imalatında
2011 yılı pazar payları (%)
12.9
Vestas (Danimarka)
Goldwind (Çin)
9.4
GE Wind (ABD)
8.8
Gamesa (İspanya)
Enercon (Almanya)
8.2
7.9
Suzlon (Hindistan)
7.7
Sinovel (Çin)
7.3
United Power (Çin)
Siemens
Wind
(Danimarka)
Mingyang (Çin)
7.1
6.3
Power
2.9
Diğerleri
21.5
6.4 TÜRKİYE’DE RÜZGÂR ENERJİSİNİN DURUMU
DMİ tarafından yapılan rüzgâr hız ölçümlerine göre 6.5 m/s’nin üzerindeki rüzgâr hızları
değerlendirildiğinde, Türkiye kara rüzgâr potansiyeli 131756.40 MW; rüzgâr hızının 6.5-7.0 m/s olduğu
yerlerdeki rüzgâr potansiyeli ihmal edilip rüzgâr hızının 7.0 m/s’nin üzerinde olduğu bölgeler dikkate
alındığında, Türkiye kara rüzgâr potansiyeli 48000 MW olarak belirlenmiştir. Ayrıca rüzgâr hızının 6.5
m/s’nin üzerinde olduğu alanlarda Türkiye deniz rüzgâr potansiyeli 17393.20 MW olarak tespit
edilmiştir. Türkiye rüzgâr potansiyeli Tablo-6.3 ve Tablo-6.4’de özetlenmiştir.
Tablo-6.3 50 m yükseklikte Türkiye kara rüzgâr potansiyeli (Şenel, 2012)
Rüzgâr hızı (m/s)
6.5-7.0
Toplam potansiyel (MW)
83906.96
7.0-7.5
29259.36
7.5-8.0
12994.32
8.0-9.0
>9.0
5399.92
195.84
Toplam
131756.40
Tablo-6.4 50 m yükseklikte Türkiye deniz rüzgâr potansiyeli (Şenel, 2012)
Rüzgâr hızı (m/s)
6.5-7.0
Toplam potansiyel (MW)
6929.92
7.0-7.5
5133.20
7.5-8.0
3444.80
8.0-9.9
1742.56
>9.0
142.72
Toplam
17393.20
Rüzgâr enerji santrallerinin, ekonomik yatırımlar olabilmesi için rüzgâr türbinin kurulacağı arazide 50 m
yükseklikteki ortalama rüzgâr hızının minimum 7.0 m/s olması gerekmektedir. DMİ tarafından 10 m
yükseklikte yapılan ölçümlere göre Türkiye’nin yıllık ortalama rüzgâr hızı 2.54 m/s, rüzgâr gücü
2
yoğunluğu 24 W/m olarak belirlenmiştir. Rüzgâr enerji potansiyeli yüksek olan bölgeler ise sırasıyla;
Marmara, Güneydoğu Anadolu ve Ege bölgesidir (Tablo-6.5).
100
Tablo-6.5 10 m yükseklikte bölgelerin ortalama rüzgâr güç yoğunlukları (Şenel, 2012)
Ortalama rüzgâr hızı
(m/s)
3.3
Bölge adı
Marmara Bölgesi
Ortalama
2
(W/m )
rüzgâr
gücü
yoğunluğu
51.91
Güneydoğu Anadolu Bölgesi
2.7
29.33
Ege Bölgesi
2.6
23.47
Akdeniz Bölgesi
2.5
21.36
Karadeniz Bölgesi
İç Anadolu Bölgesi
2.4
2.5
21.31
20.14
Doğu Anadolu Bölgesi
2.1
13.19
Tekirdağ
Muğla
Samsun
Manisa
İzmir
Çanakkale
50 m’de
rüzgâr
hızı (m/s)
Balıkesir
Tablo-6.6 Rüzgâr potansiyeli yüksek olan iller (MW) (Şenel, 2012)
6.8-7.5
7557.12
4318.48
4665.44
2371.76
4499.92
4519.36
4423.04
7.5-8.1
4254.80
4014.96
4341.52
1507.84
722.56
650.96
203.60
8.1-8.6
1422.56
3805.44
1588.40
969.28
0.00
0.64
0.00
8.6-9.5
>9.5
576.16
16.72
873.68
0.00
1258.88
0.08
453.44
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Toplam
13827.36
13012.56
11854.32
5302.32
5222.48
5170.96
4626.64
Şekil-6.5 Türkiye’nin rüzgâr türbin kurulu gücünün yıllar bazında değişimi (MW) (TÜREB, 2013)
101
Şekil-6.6 Türkiye rüzgâr enerji kurulu gücünün bölgeler bazında dağılımı (MW) (TÜREB, 2013)
Şekil-6.7 Türkiye rüzgâr türbin kurulu gücünün illere göre dağılımı (TÜREB, 2013)
Yapılan analizler neticesinde aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır:
 Rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretiminde maliyeti etkileyen temel unsurlar; yatırım
maliyetleri, değişken maliyetlerdir. Tüm maliyetin yaklaşık %80’ini yatırım maliyeti
oluşturmaktadır. Yatırım maliyetleri içerisinde ise en büyük maliyeti %71’le türbinle ilgili işler
(türbin elemanlarının temini ve taşınması, türbinin kurulumu) teşkil etmektedir.
 Değişken maliyetler, rüzgâr türbininin çalışma ve bakım maliyetleridir. Ayrıca arazi kiralama
bedeli, yönetim ve idari personel ücretleri, sigorta ve vergiler de bu tip maliyetler
kapsamındadır. Değişken maliyetler toplam maliyetinin yaklaşık %20’sine karşılık gelmektedir.
 IEA (Uluslararası Enerji Ajansı) tarafından yapılan dünya teknik rüzgâr enerji potansiyeli
araştırmasında rüzgâr hızının 5.1 m/s üzerinde olan bölgelerin %4’ünün kullanılacağı
öngörüsüne dayanarak dünya teknik rüzgâr potansiyeli 53000 TWh/yıl olarak hesaplanmıştır.
102
6.5 RÜZGÂR TÜRBİN TEKNOLOJİSİ
Rüzgâr türbinleri, rüzgâr enerji santrallerinin ana yapı elemanı olup hareket halindeki havanın kinetik
enerjisini öncelikle mekanik enerjiye ve sonrasında elektrik enerjisine dönüştüren makinelerdir. Rüzgâr
türbinleri dönüş eksenlerinin doğrultusuna göre yatay eksenli veya düşey eksenli olarak imal edilirler.
Bu tiplerden en fazla kullanılanı yatay eksenli rüzgâr türbinleridir. Yatay eksenli rüzgâr türbinleri,
dönme eksenleri rüzgâr yönüne paralel ve kanatları ise rüzgâr yönüne dik vaziyette çalışırlar. Bu tip
rüzgâr türbinleri bir, iki, üç veya çok kanatlı yapılmaktadır. Yatay eksenli rüzgâr türbinleri; rüzgârın
kuleyi yalamadan rotora çarpması durumunda ileri yada önden rüzgârlı (up-wind), önce kuleye
dokunup sonra rotora gelmesi koşulunda geri yada arkadan rüzgârlı (down-wind) türbin adını alırlar.
Düşey eksenli rüzgâr türbinlerinin eksenleri rüzgâr yönüne dik ve düşey olup kanatları da düşey
vaziyettedir. Düşey eksenli rüzgâr türbinlerinde rüzgârın esme yönü değiştiği zaman yatay eksenli
rüzgâr türbinlerinde olduğu gibi herhangi bir pozisyon değiştirmesi olmaz. Elektrik üretim amaçlı
şebeke bağlantılı modern rüzgâr türbinleri çoğunlukla 3 kanatlı, yatay eksenli ve up-wind türü rüzgâr
türbinleridir.
Günümüzde teknolojik gelişmelere paralel olarak 1,0-6,0 MW gücünde yatay eksenli rüzgâr türbinleri
kullanılmaktadır. Bir rüzgâr türbini, çevredeki engellerin rüzgâr hız profilini değiştirmeyeceği
yükseklikteki bir kule üzerine yerleştirilmiş gövde ve rotordan oluşur. Kanatlar ve göbek rotor olarak
adlandırılır. Kanatlar polyester ile kuvvetlendirilmiş fiberglass veya epoxy ile güçlendirilmiş fiber
karbondan yapılmakta ve çelik omurga ile desteklenmektedir. Üç kanatlı yeni nesil rüzgâr türbinlerinin
kanat çapları 100 m değerine ulaşmıştır. Modern rüzgâr türbinlerinin rotor göbekleri (hub) yer
seviyesinden 60-100 m yükseklikte bir kule üzerinde bulunur. Bir rüzgâr türbininden elde edilecek
enerji miktarı birinci dereceden türbin hub yüksekliğindeki rüzgâr hızına bağlı olmaktadır. Türbin hub
yüksekliğinin artırılması sonucu rüzgâr hızının artacağı gerçeği dikkate alındığında hub yüksekliğinin
artırılması, mevcut rüzgâr gücünden maksimum düzeyde yararlanılmasını sağlayacaktır.
Gürültü kirliliğini önlemek için gövde ses izolasyonludur. Kuleler kafes veya boru biçiminde
yapılmaktadır. Kule yükseklikleri fazla olabildiğinden kafes kulelerin dışındaki konstrüksiyonlar iki yada
üç parçalı olabilmektedir. Kafes kuleler görüntü kirliliği ve bakım zorluğu nedeniyle hemen hemen terk
edilmiştir. Maliyeti fazla olmakla beraber günümüzde yaygın olarak açık gri renge boyanmış silindirik
konik kesitli kuleler kullanılmaktadır.
Rotor düşük devirli bir ana mile bağlıdır. Rüzgârın kinetik enerjisi rotor tarafından mekanik enerjiye
çevrilir ve düşük devirli ana milin dönüş hareketi gövde içersindeki iletim sistemine (dişli kutusu vb.),
oradan jeneratöre aktarılır. İletim sistemi, generatör ve yardımcı üniteler gövde içersinde yer alır. Bir
rüzgâr türbininde tanıtılan elemanlar dışında; frenleme düzenleri, kontrol-kumanda sistemleri,
yönlendirme motoru ve mekanizması, anemometre ve rüzgâr gülü gibi ölçüm cihazları bulunur.
6.6 RÜZGÂR TÜRBİNİ
Rüzgâr türbinine bağlı elektrik üreteci (jeneratörü) mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Rüzgâr
enerjisi dönüştürme sistemleri 50 W ile 2-3 MW arasında mekanik veya elektrik gücü
sağlayabilmektedir. Havanın özgül kütlesi az olduğundan, rüzgârdan alınacak enerji rüzgâr hızına
bağlıdır. Rüzgâr hızı yükseklikle, gücü ise hızının kübü ile orantılı biçimde artar. Rüzgârın sağlayacağı
enerji, gücüne ve esme saati sayısına bağlıdır. Özgül rüzgâr gücü, hava debisine dik birim yüzeye
düşen güçtür. Topografik koşullara göre yerden 50 m yükseklikte özgül güç, hız 3,5 m/s den küçük
2
2
iken 50 W/m den az olabileceği gibi, hız 11,5 m/s den büyük iken 1800 W/m den çok olabilir. Türbin
kurulacak yerde en az bir yıllık rüzgâr ölçümünün 0,1-0,2 m/s doğrulukta yapılması gereklidir.
103
Şekil-6.8 Rüzgar türbini
Bir rüzgâr türbininin enerji çıktısı aşağıdaki eşitlik ile belirlenir.
3
P=(1/2)* d* v * A * Cp
P: güç çıktısı (w),
d: hava yoğunluğu,
2
A:süpürme alanı (m ) ,
CP : güç katsayısı,
V : rüzgâr hızı (m/s )
6.6.1 Rüzgâr türbinleri kavramları
 Yatay eksenli (HAWT) veya dikey eksenli (VAWT) tür rüzgâr türbinleri.
 Önden-rüzgârlı veya arkadan rüzgârlı rüzgâr türbinleri
 Tek, iki veya üç kanatlı indüksiyon (asenkron) veya senkron üreteçli (jeneratörlü)rüzgâr
türbinleri.
 Durdurma (stall) veya kanat eğimi (pitch) denetimli rüzgâr türbinleri
 Değişmez veya değişken hızlı rüzgâr türbinleri
6.6.2 Rüzgâr Türbini Yapısı
 Kule
 Rotor (göbeğe takılmış 1-3 fiberglass kanatlı )
 Türbin denetleyicileri
 Bir veya iki ana yataklı ana şaft
- Rotor şaftında fren diski
- Vites kutusu (bazı türbinler vitessizdir)
- Üreteç (jeneratör ) şaftında fren diski
- Üreteç şaftı
- Üreteç
- Yön saptırma ( yawing) ve hidrolik donanımları
- Dalgalı akım (AC) üreten vitessiz türbinler
104
6.6.3 Rüzgâr gücünün iletimi ve üretimi
1. Rüzgâr, rotoru çevirdiği için bir moment (torque) üretilir.
2. Rotorun oransal olarak düşük dönme sıklığı bir vites kutusu ile artırılır.
3. Vites kutusundan çıkan şaft üreteci ( jeneratörü ) döndürür.
4. Türbin denetleme mekanizmaları, frenler ve trafolar tarafından üretecin ürettiği elektriğin orta
gerilimli olması sağlanır.
Rüzgâr türbini seçimi esnasında dikkat edilmesi gereken en önemli kriter rotor çapıdır. Piyasada çok
küçük çaplarda olduğu halde yüksek güç üretimi vaat edilen fakat beklentileri sağlayamayacak ürünler
satılmaktadır. 1 KW için 3,0-3,2 m, 2 KW için 3,8-4,0 m, 3 KW için 4,8-5,0 m rotor çaplı ürünler tercih
edilmesi uygundur.
Piyasada türbinlerin üretebildiği maksimum değer sanki o türbinin ortalama üretim değeriymiş veya
sabit üretim değeriymiş gibi gösterilebilmektedir. Rüzgâr türbini seçimi yapılırken 7-11 m/s rüzgâr
hızlarında ortalama enerji üretim değerleri dikkate alınmalıdır.
İnverter tercih ederken ihtiyaca göre modifiye sinüs veya tam sinüs inverter tercih edilmelidir. Modifiye
sinüs inverterler özellikle hassas elektronik cihazlarda sorunlara neden olabilir. Bu nedenle de karavan
ve yat gibi uygulamalar hariç olmak üzere, tam sinüs inverter kullanılması daha akılcı bir seçim
olacaktır.
Planlama yapılan bir bölgedeki ortalama rüzgâr hızı 6 m/s’nin altında ise, o bölgeye rüzgâr türbini
kurmak çok mantıklı bir seçim olmayacaktır.
Rüzgârın geldiği yön (upwind) ve rüzgârın geldiği yönün tersine bakan (downwind) yön olmak üzere iki
tür kanat tasarımından bahsedilebilir. Günümüzde modern rüzgâr türbinlerinde upwind tasarım
uygulanmaktadır.
Ölçek
Küçük
Orta
Büyük
TABLO-6.7 Rüzgâr türbini sınıflandırması
Pervane Çapı
Kurulu güç
< 12m
< 40 kw
12-45 m
40 kw – 999 kw
> 46 m
> 1 MW
6.7 ÖNDEN RÜZGÂRLI TÜRBİNLER
Önden rüzgârlı makinalar da rotor yüzü rüzgâra doğru yönelmiştir. Bu makinaların en önemli üstünlüğü
kulenin arkasında yapacağı gölgeleme etkisine maruz kalmamaktır. Yıllardır yaygın olarak bu
makinalar kullanılmıştır. Öte yandan yine de kulenin önünde, azda olsa, bir rüzgâr gölgelemesi vardır.
Yani, rüzgâr kuleye eğilerek varır. Kule yuvarlak ve düz olsa bile bu nedenle kanatın kuleden her
geçişinde türbinin ürettiği güç biraz azalır. İşte bu nedenle rüzgâr çekilmesinden dolayı kanatların çok
sert yapılması gerekir. Ve kanatların kuleden biraz uzakta yerleştirilmesi gerekir. Ayrıca, önden
rüzgârlı makinalar, rotoru rüzgâra karşı döndürmek için ‘’yaw’’ mekanizmasına gerek duyarlar.
105
Şekil-6.9 Rüzgar geliş yönüne göre önden ve arkadan rüzgarlı türbin tipleri
6.8 ÜÇ KANATLI RÜZGÂR TÜRBİNLERİ
Üç kanatlı rüzgâr türbinleri ‘’Danish Concept’’ olarak da bilinmektedir. Günümüzde kullanılan modern
rüzgâr türbinleri 3 kanatlı olarak tasarlanmaktadır. Pervane rüzgârın geldiği yöne doğru durmaktadır.
Sapma mekanizması olarak da küçük elektrik motorları kullanılmaktadır.
Şekil-6.10 Üç kanatlı rüzgâr türbinleri
106
Şekil-6.11 Rüzgâr Türbini Elemanları
Şekil-6.12 Rüzgâr türbini elemanları
107
Şekil-6.13 Rüzgar türbini elemanları
6.9 RÜZGÂR TÜRBİNİ BİLEŞENLERİ
Aşağıdaki terimler genellikle bütün rüzgâr türbinleri için kullanılmaktadır;
Göbek yüksekliği: Göbeğin yerden yüksekliğini ifade eder.
Süpürme alanı: Rotor diskinin dönerken taradığı alan olarak ifade edilir.
Uç hız oranı: Kanat ucu hızının, rüzgâr hızına oranıdır.
Güç derecesi: Elektriksel kullanımlarda devamlı olarak elde edilen çıkış gücüdür.
Elektrik üretiminde kullanılan rüzgâr türbinlerinin ana parçaları; rotor kanatları, fren sistemi, yaw
Yaw (döndürme) sistemi, iletim sistemi, jeneratör ve kuledir.
Büyük parçalar dış muhafaza veya kaporta diyebileceğimiz kısım içerisine yerleştirilir. Söz konusu
kaportanın kuleyle birleşim yerinde yaw (döndürme) sistemi mevcuttur.
108
Şekil-6.14 Rüzgar türbini ölçüleri
1- Kule
Kule malzemesi, genelde çelik veya betondur. Modern rüzgâr türbinleri, halka enine kesitli kulelere
sahiptir Kule yüksekliği, yüksekteki daha rüzgâr hızlarından yararlanmanın getirisi ile boya bağlı artış
gösteren kule maliyeti arasındaki optimum çözümle belirlenir. Kule boyutlandırılmasındaki bir diğer
parametre de, eğilme doğal frekansı, kule malzemesi ve dolayısıyla maliyeti önemli ölçüde
etkilemektedir. Rüzgâr türbinlerinin tüm imalat giderlerinin % 11-20' si kule imalatına aittir.
2-Türbin Pervanesi
Rüzgâr türbinlerinin pervaneleri; alüminyum, titan, çelik, elyaf ile güçlendirilmiş plastik (cam elyafı,
karbon elyafı ve aramid elyafı) ve ağaçtan imal edilmektedir. Modern rüzgâr türbinlerinin kanatlarının
hemen hemen tamamı, cam elyafı ile güçlendirilmiş polyester veya epoksi gibi, cam elyafıyla plastikten
üretilirler. Çelikten üretilen kanatların eğilmeye dayanımı çok iyidir. Fakat yorulma dayanımları ve
korozyon sorunu yaratmaktadır. Alüminyum kanatlar, çeliğe göre daha hafiftir, yorulma dayanımları
daha iyidir ve korozyona daha dayanıklıdır. Alüminyum malzemenin zayıf noktaları; kabuk şeklindeki
malzemenin burkulması, imalat tekniğinin zorluğu ve pahalı olmasıdır.
3-Dişli Kutusu
Rotor açısal hızı ω genellikle ihtiyaç duyulan elektriksel frekans değerini üretmek için jeneratörü
hareket ettirmede yeteri kadar hızlı değildir. Dişli takımları dönme sistemleri için hızlarda mekanik
olarak bir artış ve azalış sağlayabilirler. Rüzgâr türbinlerini dikkate aldığımızda dişli takımları düşük
hızlı milin aşısal hızını jeneratöre bağlanan yüksek hızlı mil hareketine dönüştürmede kullanılırlar. Pek
çok uygulama için dişli takımları karşılıklı iki dişli arasındaki boşluktan kaynaklanan şiddetli tepki
gösterirler. Sürücü dişli karşı dişli ile temas yapmadan önce bir açı boyunca döner sonuç, giriş dişlinin
açısal dönüşü gerçekleşene kadar çıkış dişlisinin açısal dönüşü gerçekleşmez. Bu çalışmadaki dişli
kutusu için kullanılan modelde dişlilerin davranışını idealleştirecek ve şiddetli tepkinin olmadığı bir
zorluk yapılacaktır. Dişli kutusu için giriş parametreleri rotoru dişli kutusuna bağlayan düşük hızlı mil
için açısal hız ve torktur. Çıkış parametreleri ise, dişli kutusunun Jeneratöre bağlayan yüksek hızlı mil
için açısal hız ve torktur.
109
Şekil- 6.15 Dişli Kutusu
4-Jeneratör
Rüzgâr enerjisi tesislerinde kullanılan jeneratörler, alternatif akım veya doğru akım jeneratörleri olabilir.
Burada elde edilen elektrik akımı, yetersiz kalitede alternatif akım veya doğru akım bile olsa, çeşitli güç
elektroniği düzenekleriyle şebekeye uygun hala getirilebilir.
Doğru akım jeneratörleri, büyük güçlü rüzgâr enerjisi tesislerinde tercih edilmemektedir. Bunun nedeni,
sık bakım gereksinimi ve alternatif akım jeneratörlerine göre daha pahalı olmasıdır. Doğru akım
jeneratörleri, günümüzde sadece küçük güçlü rüzgâr enerji tesislerinde akülere enerji depolamak için
kullanılır. Dişlideki kayıplar ve gürültünün önlenmesi amacıyla, çok kutuplu jeneratörü olan dişli
kutusuz türbinler de kullanılmaktadır. Bu nedenle, yüksek kutup sayılı jeneratörlerde dişli kutusuna
gerek kalmamaktadır.
Şebeke bağlantılı alternatif akım jeneratörlerinde, sadece şebeke frekansını sağlayan devir sayısında
elektrik enerjisi üretebilmektedir. Bu da, rüzgâr türbininden örneğin 8 m/s olan optimum hızda
yararlanmak demektir. Bu nedenle, rüzgâr türbinlerinin bazılarında, düşük ve yüksek rüzgâr
hızları için iki ayrı jeneratör kullanılmaktadır.
Şekil-6.16 Jeneratörün Yapısı
Bir Rüzgâr Türbininin Anatomisi
Rüzgâr türbini adından da anlaşıldığı gibi dönme hareketine dayalı olarak rüzgârdan enerji üreten bir
makine.
110
Yenilenebilir enerji kaynaklarının öneminin artması ile sektör olarak rüzgâr enerjisi ülkemizde son
yıllarda birçok yatırım ve gelişmeye sahne oldu. Her gecen gün gelişen teknolojinin ve rekabetin de
etkisi ile sektörün önemi daha da artmakta.
Bu anlamda bir rüzgâr türbinin temel çalışma prensibi ve içerisinde bulunan parçaların işlevlerini
anlamak bir gereklilik haline geldi.
Aşağıda rüzgâr türbinini oluşturan temel birimleri ve açıklamalarını bulabilirsiniz.
Rüzgâr Ölçer (Anemometre) : Rüzgâr hızını ölçer, bu bilgiyi kontrol ünitesine iletir.
Pervane Kanatları (Blades) : Çoğu rüzgâr türbini 2 veya 3 adet pervane kanadına sahiptir. Kanatların
üzerinden esen rüzgâr, kanatları kaldırıp dönmelerini sağlar.
Fren (Brake) : Dönmekte olan diski acil durumlarda durdurmaya yarar. Sistem mekanik, elektronik
veya hidrolik olarak çalışabilir.
Kontrol Ünitesi (Controller) : Kontrol ünitesi rüzgârın hızındaki değişikliklere göre sistemi durdurur
veya harekete geçirir. Rüzgâr hızının saatte 8-16 mil arasında olması durumunda sistemi çalıştır. Aynı
şekilde rüzgâr hızının saatte 55 milden yüksek olduğu durumlarda ise sistemi durdurur. Rüzgâr
hızının saatte 55 milden fazla olması, türbinlere zarar vermektedir. Kontrol ünitesi bu nedenle
önemlidir.
Vites Kutusu (Gear box) : Vitesler düşük hız milini, yüksek hız miline bağlayarak donuş hızını 30-60
devir/dakikadan (rpm) 1000-1800 devir/dakikaya seviyesine (elektrik üretmek için gerekli olan dönüş
hızı) çıkartırlar.
Vites kutusu bir rüzgâr türbininin pahalı (ayni zamanda ağır) bir parçasıdır. Günümüzde vites kutusuna
gerek kalmadan doğrudan sürüş özelliğine sahip, düşük rotasyonlu hızlarda elektrik üretebilen
jeneratör teknolojileri alanında araştırmalar sürmektedir.
Jeneratör (Generator) : 60-cycle ALTERNATİF AKIM üreten indüksiyon jeneratörü.
Yüksek Hız Mili (High-speed shaft) : Jeneratörü sürer.
Düşük Hız Mili (Low-speed shaft) : Rotor tarafından dakikada 30-60 dönüş yapacak şekilde düşük
hızlarda dondurulur.
Makine Bolumu (Nacelle) : Makine bölümü rüzgâr türbin kulesinin tepesinde durur ve içerisinde vites
kutusunu, düşük ve yüksek hız millerini, jeneratörü, kontrol ünitesini ve freni bulundurur. Bazı
türbinlerin makine bölümleri üzerlerine helikopter inebilecek kadar geniştir.
Durdurma (Pitch) : Pervane kanatları elektrik üretmek için çok düşük veya çok yüksek olan hızlarda,
rotor hızını kontrol altında tutmak amacı ile bazen durdurulup bazen de durdurulur.
Çark (Rotor) : Pervane kanatları ve göbek bölümüne rotor yani çark adı verilir.
Kule (Tower): Rüzgâr türbinleri yüksek irtifada daha fazla enerji üretebildikleri için kule bölümünde
dayanıklı malzemeler (boru seklinde çelik, beton veya çelik kafes) kullanılır.
Rüzgâr: Resimde gördüğünüz rüzgâr türbini rüzgârın geliş yönüne doğru bakacak şekilde
yerleştirilmiştir ve çalışma mekanizması buna göre tasarlanmıştır. Bu türbinlere rüzgâra karşı çalışan
111
rüzgâr türbinleri denir. Rüzgârın geliş yönünün tersine bakacak şekilde elektrik üreten türbinler de
vardır. Fakat yaygın değildir.
Yelkovan (Wind vane): Rüzgârın yönünü ölçer ve bu bilgiyi sapma sürücüsüne iletir. Böylece rüzgâr
türbininin rüzgâra doğru dönmesi sağlanmış olur.
Sapma Sürücüsü (Yaw drive) : Rüzgâra karsı çalışan rüzgâr türbinleri daha önce de bahsettiğimiz
gibi rüzgârın geliş yönüne dönük olarak çalışmak zorundadırlar. Sapma sürücüsü rüzgârın yönünde
olan değişiklere göre rotorun sürekli olarak rüzgâra dönük olmasını sağlar
6.10 LİSANSIZ SINIFTA İDEAL RUZGAR TURBINLERI NASIL OLMALI?
1. 20 – 30 m seviyesinde rüzgâr hızları 3 – 6 m/s dir.
Türbinlerde Class-3 ve üzeri pervane kullanmalı ve türbin bu hızlarda üretime girebilmelidir. Bu özellik
için kanat açı kontrolü şarttır.
2. Başlangıç rüzgâr hızı 2,5 – 3 m/s olmalıdır.
Kanatlarda özel epoxy, karbon fiber, alüminyum ve 10 k - çelik bağlantılar kullanılmalıdır.
TABLO-6.8 Arazi özelliklerine göre pürüzlülük katsayısı değerleri.
Pürüzlülük katsayısı (Z0)
0,10 - 0,13
0,13 – 0,20
0,20 – 0,27
0,27 – 0,40
Arazi Özelliği
Pürüzsüz (deniz, kar, kum)
Az pürüzlü (kısa çim, kırsal alan)
Pürüzlü (ormanlar, banliyö)
Çok pürüzlü (şehir alanı, uzun binalar)
TABLO-6.9 Marmara Bölgesi’nin yıllık ortalama rüzgâr hızı potansiyeli 3 m/s den yüksek olan
yörelerinin pürüzlülük katsayısı değerleri.
Yöre
Balıkesir
Bandırma
Bozcaada
Çanakkale
Çorlu
Florya
Gökçeada
İpsala
Kumköy
Tekirdağ
Şile
Erdek
Gemlik
Pürüzlülük katsayısı (Z0)
0,40
0,40
0,10
0,40
0,40
0,40
0,10
0,40
0,40
0,40
0,40
0,40
0,40
Marmara bölgesinin belli başlı yöreleri için 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ve 100 m yükseklik
değerleri için rüzgâr hızı hesaplamaları yapıldı. Hesaplamalarda aşağıdaki eşitlikten yararlanıldı.
Rüzgâr verileri olarak uzun yıllar yıllık ortalama rüzgâr hızı değerleri göz önünde bulunduruldu.
Bu eşitlikte;
k
Von Karman sabiti (0,4)
u*
Rüzgârın yer yüzeyindeki hızı (m/s)
h
Rüzgâr hızının ölçüldüğü yükseklik (m)
Z0
Yer yüzeyindeki engellerden kaynaklanan pürüzlülük uzunluğu (m) dur.
112
6.11 ARAŞTIRMA SONUÇLARI
Yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilen veriler çizelge ve grafik olarak aşağıda görülmektedir.
TABLO-6.10 Marmara bölgesinde yüksekliğe bağlı rüzgâr hızı değişimleri
Yükseklik (m)
10
20
3.04
3,70
5.08
6,18
7.00
8,05
3.94
4,79
3.96
4,81
3.05
3,71
4.40
5,06
3.36
4,09
4.13
5,02
3.34
4,06
3.10
3,77
3.20
3,89
3.20
3,89
Yöre
Balıkesir
Bandırma
Bozcaada
Çanakkale
Çorlu
Florya
Gökçeada
İpsala
Kumköy
Tekirdağ
Şile
Erdek
Gemlik
30
4,08
6,82
8,67
5,29
5,31
4,09
5,45
4,51
5,54
4,48
4,16
4,30
4,30
40
4,35
7,28
9,11
5,64
5,66
4,36
5,72
4,81
5,91
4,78
4,43
4,58
4,58
50
4,56
7,63
9,45
5,91
5,94
4,57
5,93
5,05
6,19
5,01
4,65
4,80
4,80
60
4,74
7,92
9,72
6,14
6,16
4,75
6,11
5,24
6,43
5,20
4,82
4,99
4,99
70
4,88
8,16
9,96
6,33
6,35
4,89
6,26
5,40
6,62
5,36
4,97
5,14
5,14
80
5,01
8,37
10,16
6,49
6,52
5,02
6,38
5,54
6,80
5,50
5,10
5,27
5,27
90
5,12
8,56
10,34
6,63
6,66
5,13
6,50
5,66
6,95
5,62
5,21
5,39
5,39
100
5,22
8,72
10,50
6,76
6,79
5,23
6,60
5,77
7,08
5,73
5,31
5,49
5,49
12,00
10,00
Balıkesir
Bandırma
Bozcaada
Rüzgar hızı (m/s)
8,00
Çanakkale
Çorlu
Florya
6,00
Gökçeada
İpsala
Kumköy
Tekirdağ
4,00
Şile
Erdek
Gemlik
2,00
0,00
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Yükseklik (m)
Şekil-6.17 Marmara bölgesinde ölçülen rüzgar hızları
Rüzgâr Enerjisi’nden Elektrik Enerjisi Üretimi
Atmosferde serbest olarak yer değiştiren hava, belli bir kütleye ve rüzgâr formunda hareket halinde
olması nedeniyle bir kinetik enerjiye sahiptir. Kinetik enerji ve momentumun korunumu ilkelerinden
yola çıkarak atmosferde serbest olarak hareket eden rüzgârın Po teorik gücünün;  hava yoğunluğu (
3
kg/m ), A rüzgârın ilerleme yönüne dik kesit alanı ( m2 ) ve V rüzgâr hızı ( m/sn) olmak üzere
matematiksel ifadesi aşağıdaki gibidir.
113
Rüzgârın teorik gücü esas olarak rüzgâr hızının küpüyle orantılıdır. Bu nedenle, rüzgâr hızının fazla
olduğu yerlere rüzgâr enerji santralleri kurmak ekonomik olmakta ve bu tür rüzgâr kaynak alanlarında
daha çok enerji üretilebilmektedir. Po teorik rüzgâr gücünün rüzgâr türbini tarafından elektrik enerjisine
dönüştürülebilen kısmı ise;
şeklindedir. Burada; Cp güç faktörü, A rotor dönüşü sırasında taranan alan ( m2 ), NG jeneratör verimi,
ND dişli kutusu verimi ve Nc ise kuplaj verimidir. Cp güç faktörü, elde edilen şaft gücünün rüzgâr
türbinine gelen rüzgâr gücüne oranı olarak tanımlanır. Güç faktörü maksimum %59,3 olup bu değere
Betz Limiti denilmektedir. Günümüz teknolojisi kullanılarak iyi tasarlanmış ideal bir rüzgâr türbini için
Cp değeri % 40 civarındadır. CP güç faktörü, kanatların dönüş hızı (U) ile kanatlara çarpan rüzgâr hızı
(V) oranının bir fonksiyonudur Cp=f(U/V). Bu (U / V) oranı aynı zamanda “Tip-Speed Ratio – Kanat
Ucu Çevresel Hız Oranı ?” olarak bilinir. Bu ifadeden de anlaşılabilineceği gibi prensip olarak, eğer
elde edilen gücün sürekli olarak maksimum seviyede olması isteniyorsa, rotor dönüş hızının, herhangi
bir şekilde, anlık rüzgâr hızlarına göre değiştirilerek kanat ucu çevresel hız oranının maksimum CP
değerini verebilecek bir optimumda tutulması gerekmektedir. Geliştirilmiş rüzgâr türbinlerinde bu
düzenleme otomatik olarak gerçekleştirilmektedir.
Rüzgâr türbinleri, elektrik enerjisi üretimine ancak belirli bir rüzgâr hızında başlayabilmektedir. “Cut-in”
adı verilen bu rüzgâr hızının altında sistem tamamen durmaktadır. Sistemden elde edilen elektrik
enerjisi rüzgâr hızının artmasıyla birlikte artmaktadır. Her bir rüzgâr türbini için belirlenmiş bir rüzgâr
hızında, sistemden elde edilen güç en büyük değere ulaşır. Bu en büyük güce “nominal güç” ve bu
rüzgâr hızına “nominal hız” adı verilmektedir. Rüzgâr hızının, nominal hız değerini aşması halinde
sistemden elde edilecek güç nominal güç kadar olacaktır. Sistemin hasar görmemesi için belirli bir
rüzgâr hızından sonra rüzgâr türbinlerinin stop konumuna geçmesi otomatik olarak sağlanır. Bu
maksimum hıza sistemin “Cut-out” hızı adı verilmektedir. Diğer bir ifadeyle, bir rüzgâr türbini Cut-in ve
Cut-out rüzgâr hızları arasında enerji üretimini gerçekleştirir. Modern rüzgâr türbinlerinin Cut-in hızları
3-4 m/s, nominal hızları 11-15 m/s ve Cut-out hızları ise 25-30 m/s arasındadır.
2,5 kW gücündeki rüzgâr türbini için rotor çapı ‘D’ hesaplaması;
Cp güç faktörünü bulmak için, uç hız oranını bulmamız gerekmektedir.
’’Cp’’ güç faktörü olup rüzgâr enerji santrallerinde maksimum 59.26% ‘dür.
Bu değere Lanchester-Betz limiti denir. Bu limit değer rüzgâr türbinini en fazla 59.26% verime sahip
olacağını gösterir.
114
Şekil-6.18 Rüzgar hızına bağlı güç ve güç faktörü (cp) değişimi
 = 4π / B = 4.18
 : Uç hız oranı
B: Bıçak sayısı = 3
 =4.19 5.16 arasında bir değer alınır,
Alt Çizelgeden Cp değeri okunur
Cp: 0,4 alabiliriz
Şekil-6.19 Betz limitinin seçimi
115
Şekil-6.20 Kanatların hubdan uçlara doğru gittiğimizde daha hızlı döndüğü görülür.
Şekil-6.21 Farklı türbin hızlarında güç faktörü (Cp) değişimi
Anma rüzgâr hızı ( v ) = 8 m/s
Cp (güç faktörü) = 0,4
3
ρ:(hava özgül kütlesi)= 1,223 kg/m (deniz seviyesi ve atmosferik şartlarda)
116
D = 5.04 5 metre →Rotor çapı 5 metre olarak bulunur.
2
Süpürme Alanı = 19,63 m olarak bulunur.
Kanatların kütlesini bulmak için aşağıdaki diyagramı kullanabiliriz.
Şekil-6.22 Kanatların kütlesinin kanat çapı ile ilişkisi
Kanat malzemesini fiberglas olarak seçersek;
2
Kanat kütlesi (kg) : 0,4948*( Rotor Yarıçapı)
2
m: 0,4948*2.5 = 5.025 kg
Bir kanadın ağırlığı → 5,025 kg olacak şekilde dizayn edilmeli.
Devir sayısı (n)
8 m/s rüzgâr hızı için devir sayısı;
λ: Kanat uç hızı = 4,5
ω: Açısal hız = (2.π.n)/60
V: Rüzgâr hızı = 8 m/s
R:Yarıçap = 2.5 m
117
n=137,5 d/d olarak bulunur. 8 m/s hızda 2500 W güç üretecek rüzgar türbini tasarımında kanatların
bağlanmış olduğu milin 137.5 devir/dakika hızında döneceğini görmekteyiz. Fakat daha yüksek hızlara
maruz kalacak olan rüzgâr türbin mili daha yüksek devirlerde dönecektir ve buna göre gerekli mil çapı
hesaplanmalıdır.
20 m/s için devir sayısı;
n = 343 devir / dakika = 5.717 devir/saniye
Mil çapı ( d )
2
Mil malzemesi σem = 120 daN/cm =1200 N/cm
2
3
2.357*d = 76.945
d = 3.2 cm = 32 mm
Mil çapı en az 3,2 cm=32 mm çapında olmalı ki 20 m/s hıza dayanabilsin.
Kanatlara gelen hava debisi:
ṁ*ke1=ṁ*ke2*(1-rüzgâr verimi)
Pratikte rüzgârın en fazla %59’u kullanılabilir.
V2=8,32 m/s
118
ṁ= Kütlesel Debi
Eksenel İtme Kuvveti:
Fe = ṁ*(V1 – V2) = 26,186 * ( 13-8,32)
Fe = 123 N
Küçük güçte rüzgâr türbinlerinde seçilecek jeneratör(alternatör)
Rüzgâr türbinlerinde jeneratörler senkron ve asenkron olmak üzere ikiye ayrılır:
Küçük ölçekli rüzgâr türbinleri Daimi Mıknatıs Alternatörleri (DMA) kullanır. DMA'larda sargı seklindeki
iletken tellerin arasından bir manyetik alan geçirilince elektrik üretilir. Rüzgâr türbinlerinin DMA'larinda
mıknatıslar hareketli, tel sargılar sabittir. Ev tipi küçük ölçekli rüzgâr türbinlerinin çoğunda mıknatıs
rotor tel sargıların dışında dönen bir kalın bilezik seklindedir. Mıknatıslar bu yapının dış yüzlerini
kaplarlar (sargılara bakacak şekilde) ve pervane direkt olarak bileziğin dış yüzeyine irtibatlandırılmıştır.
Rüzgâr türbinlerinin Daimi Mıknatıs Alternatörleri elektriksel aletlerde doğrudan kullanılması mümkün
olmayan kararsız ve düzensiz yapıda üç fazlı AC elektrik üretirler. Bu elektriğin ilk olarak doğrultulması
(DC'ye dönüştürülmesi) gerekir.
Bundan sonra DC olarak kullanılabilir, akülerde depolanabilir ya da elektriksel aletlerin hemen hemen
tamamının kullandığı AC formuna döndürülebilir.
Sabit mıknatıslı alternatörler nerede kullanılır?
PMG (Permanent Magnet Generator) veya sabit mıknatıslı alternatörlerde kutuplar sabit
mıknatıslardan imal edilirler. Sabit mıknatıslı alternatörlerin çıkışından elde edilen enerji direkt olarak
kullanılamaz.
Jeneratörlerde
kullanılan
senkron
alternatörlerin
kutupları
ise
sargılı
elektromıknatıslardan imal edilirler ve kutuplara akım verilerek manyetik alan oluşturulur. Bu sayede
alternatörün çıkış voltajını sabit tutacak şekilde alternatör yüklü iken kutuplara daha fazla akım,
alternatör üzerinden yük alındığında kutuplara daha az akım verilebilir. Sabit mıknatıslı alternatörlerde
kutup manyetik alanı kontrol edilemediğinden direkt olarak kullanılmaz. Genelde devrin sabit
tutulmasının mümkün olmadığı yerlerde akü şarj etmek için kullanılır. Sistemde devir sabit
tutulamıyorsa frekans da değişkendir. Sabit mıknatıslı alternatörlerden elde edilen enerjinin direkt
kullanılamamasının bir başka nedeni de budur.
Sabit mıknatıslı alternatörlerin kullanıldığı sistemler ile akü şarj edilir. Dolayısı ile akü bankasına ihtiyaç
vardır. Ayrıca akü şarj voltajını 220 volta veya trifaze ise 400 volta çıkarmak için invertör kullanır
119
Senkron makinelerde frekans ve hız:
Ns = (120*f ) / P
Ns: Senkron hızı
f: frekans
P: Manyetik alan kutup çifti
F:50-60 Hz için
1 çift kutup (2tek)
f (Hz)
P (kutup)
Ns ( d/d)
50
2
3000
Tablo-6.11
50
4
1500
60
2
3600
60
4
1800
Türbin rotoru tarafından üretilecek tork
T = (P / ω)
Geleneksel dişli kutulu sistemlerde, rotor’un düşük dönme hızı dişli kutusu sayesinde yüzlerce kat
artırılır ve bir jeneratörün şaftını yüksek devirde çevirerek elektrik üretilmesi sağlanır
Bahreyn Dünya Ticaret Merkezi
 Rüzgâr türbini, mimari tasarım üzerinde büyük bir etkiye sahip olan binanın, rüzgârı
toplayarak yönlendiren bir mekanizmaya dönüştürülmesi amaçlanmıştır.
 Bahreyn Ticaret Merkezi’nin şeklinden görüleceği gibi rüzgârın gücünü artırabilmek için
kuleler dışa doğru üçgen formda tasarlanmıştır.
Bu tasarım şekli rüzgâr gücünü ortalama olarak 30% oranında artırmış ve aynı zamanda bina, rüzgârı
merkeze yönlendirerek rüzgârın türbinlere dik bir açıyla çarpmasını sağlar ki bu da rüzgâr verimliliğini
artıran önemli bir özelliktir. Türbinler günün yarısı kadar bir süre aktif olarak çalışabilmektedir.
Şekil-6.23 Bayreyn Dünya Ticaret Merkezi
120
RÜZGÂR ENERJİSİ İLE İLGİLİ KURUMLAR
Enerji ve Tabi Kaynaklar Bakanlığı ( ETKB ) http://www.enerji.gov.tr
Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu ( EPDK ) http://www.epdk.gov.tr
Türkiye Rüzgâr Enerjisi Birliği ( TÜREB ) http://www.ruzgarenerjisibirligi.org.tr
Rüzgâr Enerjisi ve Su santralleri İşadamları Derneği ( RESSİAD ) http://www.ressiad.org.tr
Global Wind Energy Council ( GWEC ) http://www.gwec.net
Europien Wind Energy Association ( EWEA ) http://www.ewea.org
International Energy Agency ( IEA ) http://www.iea.org
Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi ( DEKTMK ) http://www.dektmk.org.tr
6.BÖLÜM KAYNAKLARI
Blanco, M. I., The Economics of Wind Energy, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13,
1372-1382, 2009.
Çanka Kılıç, F., Türkiye’deki Yenilenebilir Enerjilerde Mevcut Durum ve Teşviklerdeki Son Gelişmeler,
Mühendis ve Makine Dergisi, 52(614), 103-115, 2012.
Hayli, S., Rüzgâr Enerjisinin Önemi Dünya’da ve Türkiye’deki Durumu, Fırat Üniversitesi Sosyal
Bilimler Dergisi, 11(1), 1-26, 2001.
Koç, E. ve Şenel, M.C., Türkiye’de ve Dünya’da Enerji Durumu-Genel Değerlendirme, Mühendis ve
Makine Dergisi, 54(639), 26-38, 2013.
Renewables Energy Policy Network for the 21st Century (REN21), Renewables 2012 Global Status
Report, Paris, 2012.
Şenel, M. C., Rüzgâr Türbinlerinde Güç İletim Mekanizmalarının Tasarım Esasları-Dinamik Davranış,
Yüksek Lisans Tezi, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.
Türkiye Makina Mühendisleri Odası (TMMOB), Türkiye’nin Enerji Görünümü, Yayın No: MMO/588,
ISBN: 978-605-01-0358-8, Ankara, 2012.
Türkiye Rüzgâr Enerjisi Birliği (TÜREB), Türkiye Rüzgâr Enerjisi İstatistik Raporu, Ocak 2013.
World Wind Energy Associaton (WWEA), Worldwide Wind Energy Statistics 2012 Half Year Report,
Bonn, 2012.
http://www.eie.gov.tr/yenilenebilir/ruzgar.aspx