1. Rüzgar Enerjisi Teknolojileri
Rüzgâr enerjisi, güneş radyasyonunun yer yüzeylerini farklı ısıtmasından kaynaklanmaktadır. Denizler ve hava arasındaki sıcaklık farkı basınç farkını oluşturmakta ve böylelikle havanın hareketine neden olmaktadır. Yüksek basınçtan alçak basınca doğru olan havanın bu hareketi “Rüzgâr” olarak tanımlanmaktadır. Rüzgâr enerjisinden mekanik enerji veya elektrik enerjisi gibi farklı şekilde yararlanılmaktadır (Koç ve Kaya., 2015).
Rüzgar enerjisi yenilenebilir enerji kapasitesi açısından en geniş kullanıma sahip kaynakların başında gelmektedir (Çukurçayır ve Sağır., 2007). Rüzgar enerjisinden yararlanma tarihi çok eski zamanlara dayanmaktadır. Rüzgar gücünden ilk olarak kullanılan örnekler, yelkenli gemiler ve yel değirmenleridir. Yelkenli gemilerde rüzgarın kinetik enerjisi gemilerin hareketini sağlamak için kullanılmış, yel değirmenlerinde ise buğday gibi tahılların öğütülmesi amacıyla rüzgar gücünden faydalanılmıştır. Zaman ilerledikçe enerji konusunda sıkıntılar yaşanmaya başlamış ve enerji elde etmek için rüzgar türbinleri tasarlanmıştır.
Rüzgar türbinleri, hareket halindeki havanın kinetik enerjisini öncelikle mekanik enerjiye ve sonrasında elektrik enerjisine dönüştüren makinelerdir. Rüzgar türbinleri çevreye ve canlılara göre en uygun şekilde gelişmeye devam etmektedir.
1.1. Rüzgar Enerjisinin Avantaj ve Dezavantajları
Avantajları
– Enerjide dışa bağımlılığı azaltmaktadır.
– Rüzgar çiftlikleri kolayca sökülebilmekte ve bulundukları arazi kolayca eski haline getirilebilmektedir.
– Doğal yolla elde edilen bir enerjidir.
– Temiz bir enerjidir ve çevreye zararı yok denecek kadar azdır.
– Yakıt tüketimi yoktur ve havayı kirletmez.
– Fosil yakıtlı santrallerin elektrik üretiminde neden olduğu kirliliği göstermez.
Dezavantajları
– Enerji üretimi rüzgara bağlı olduğundan rüzgar kesilmesi veya azalması ile enerji kaybı oluşur. Rüzgar türbinlerinde enerji üretebilmek için rüzgarın optimum seviyede olması gerekmektedir.
– Rüzgar türbinleri yüksek desibelde ses oluşturmaktadır. Bu nedenle gürültü kirliliğine yol açmaktadırlar.
– Doğal yaşama zarar verir, kuş ölümlerine yol açar.
– Elektromanyetik dalgayı etkileyebilir.
– Rüzgar türbinlerinde devrilme ve yanma gibi istenmeyen durumlar görülebilir.
– Türbin maliyetleri yüksektir.
– Rüzgar türbinleri için büyük alanlar gereklidir.
1.2. Rüzgar Enerjisinde Son Teknolojiler
1.2.1. Pervanesiz Rüzgar Türbinleri
Pervanesiz rüzgar türbinleri türbülans ile elektrik üretmektedirler. Rüzgar şiddeti ne olursa olsun mıknatıslar kullanarak türbinlerin sallanmasını sağlamaktadır. Türbinler sallanmaya başladığında, altlarında bulunan alternatör, mekanik hareketi elektriğe dönüştürüyor. Rüzgar direklerinin aerodinamik şeklini öyle bir tasarlamışlar ki hava akımları direk boyunca kontrollü türbülansa yol açar. Direkler rüzgarda sarkaç gibi sallanırken mekanik salınım frekansı üretir. İçi boş borulardan oluşan bu direklerin üst kısmının sapla birleştiği yerde eş kutuplu iki mıknatıs bulunur. Yani ikisi birbirini iterken üstteki mıknatıs halkasının havada yüzmesini sağlar. Böylece halka mıknatıslar direğin titreşimlerini güçlendirerek dinamoya aktarır ve bu dalgalı akım jeneratörü titreşimleri en verimli şekilde elektriğe çevirir.
Üstelik birbirine sürtünmedikleri için aşırı ısınmaya, enerji kaybına ve ek titreşim sebebiyle direğin yıpranmasına yol açmaz. Direğin altındaki alternatif akım jeneratörü de titreşimleri en verimli şekilde elektriğe dönüştürür. İşin sırrı, kontrollü türbülans oluşturmaktadır, yoksa kontrolsüz titreşimler sadece direğin yıkılmasına veya ucunun kırılıp yere düşmesine yol açar. Bu sorunu çözmek için direk imalatında fiberglas (cam elyafı) ve karbon fiberden oluşan kompozit malzeme kullanılır. Fiberin kullanılmasının nedeni, hafif ve esnek olması, rüzgarda kolay sallanması ile türbülansa oldukça dayanıklı olmasıdır. Ayrıca türbülans titreşimlerini (rüzgarın kinetik enerjisini) hemen hiç kayıp olmadan şarj dinamosuna aktarmaktadır. Bu türbinler geleneksel rüzgar türbinlerine göre yüzde 30 daha az enerji üretmektedirler. Fakat pervanesiz oldukları için alan olarak daha az yer kaplamaktadırlar. Bu nedenle dezavantaj olarak görülen enerji sorunu alan ile avantaja dönüşmektedir.
Pervanesiz rüzgar türbinlerinin pervanelilere göre avantajları
– Göçmen kuşların göç yollarında olsalar dahi tamamen salınım yaparak elektrik ürettikleri için göçmen kuşlara bir zararları yoktur.
– Ses kirliliği tamamen ortadan kalkmaktadır.
– Yüzde 53 daha az maliyetli olurken, işletme-bakım giderlerinin maliyeti de yüzde 51 daha ucuzdur.
– Rüzgar güllerinin hareketli aksamları olmadığı için sürekli yağlama gereksinimine ihtiyaçları yoktur.
– Bu rüzgar güllerinin elektriksel motorları bulunmamaktadır.
– Rüzgarın hızına bağlı olmadığı için rüzgarın hızlı veya yavaş esmesi, bu rüzgar türbinlerini etkilememektedir.
– İşlevsel ve kolay montajlı yapısı ile istenilen her yere kurulabilmektedir.
– Alandan tasarruf sağlamaktadırlar.
1.2.2. Havada Uçan (Airborne) Rüzgar Türbinleri
Altaeros Airborne Rüzgar Türbini:
Uçan rüzgar türbini rüzgardan daha verimli enerji elde etmek adına Altaeros enerji şirketi tarafından geliştirilen bir türbindir. Tasarımdaki asıl amaç, 1000 metre yükseklikte var olan daha güçlü rüzgarlardan faydalanmaktır. 10 metre genişliğindeki uçan rüzgar türbinini havalandırmak için helyum gazı kullanılmış ve bu yapının ortasında 3 kanatlı rüzgar türbini bulunmaktadır. Pervanenin yüksek rüzgar hızıyla dönmesiyle aktif şekilde elektrik üretebiliyor. Geleneksel rüzgar türbinlerine göre 2 kat daha fazla enerji üretebilmektedir. Deneme uçuşunda ilk 105 metrede elektrik üretmeye başlamıştır. Elde edilen enerji kablolarla yere aktarılır. Kule inşasına gerek duyulmadan yapılan rüzgar balonları yerden 350 metre yüksekliğe ulaşabilir. Türbin kurulum maliyetinin daha az olması, hızlı kurulumu, kuşlar açısından tehdit oluşturmaması ve gürültüsüz çalışması, avantajları arasında yer almaktadır.
Makani airborne rüzgar türbini:
Makani enerji uçurtmaları, enerjiyi rüzgardan verimli bir şekilde harcayarak elektrik üretir. Karbon fiberden üretilen hafif türbinler, yerdeki bir istasyona bağlı bir şekilde uçurulmaktadır. Uçak görünümlü türbinler maksimum yerden 450 metre yükseklikte daireler çizerek pervanelerin dönmesiyle elektrik enerjisi üretecekler. Daha stabil ve güçlü rüzgar enerjisi, yaklaşık 1000 feet yüksekliğinde ve deniz aşırı bölgelerde kuruluyor.
1.2.3. Düşük Hızlardan Rüzgar Enerjisi
Rüzgar hasatçısı, uçaklardaki kanatçıklara benzer yatay kanatçıklar ile karşılıklı hareket esasına dayanıyor. Çok sessiz olan bu rüzgar türbini düşük hızlarda da enerji üretebilmektedir. Bu rüzgar türbini klasik rüzgar türbinlerinin çalıştığı hızlarda da çok verimli çalışabiliyor.
1.2.4. Rüzgar Lensleri
Rüzgar lensleri Japon araştırmacılar tarafından keşfedilmiş. Araştırmacılara göre 3 kez daha verimli. Türbin kanatlarının etrafına “rüzgar lensleri” yerleştirilmiş. Her bir lens 112 metre çapında. Burada lensin rüzgar akışını yoğunlaştırması sağlanmış. Çok fazla hareketli parça yok, sadece rüzgar gücünü “yoğunlaştıran” çember ve çemberden alınan rüzgarla dönen bir türbinden oluşuyor.
1.2.5. Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri
Rüzgar kulesi (Windspire): Standart dikey eksenli “windspire” rüzgar türbini 30 fit yüksekliğinde ve 4 fit genişliğinde, lokal bölgelerdeki kısıtlamaların üstesinden gelmek için tasarlanmış.
Eddy türbini: Eddy türbini çok yüksek rüzgar hızlarında bile güvenli ve rüzgar hızı saniyede 3,5 metredir. Bu rüzgar türbini 600 watt gücüne kadar elektrik üretebiliyor.
1.2.6. Sessiz Rüzgar Türbinleri
Sessiz (Ecowhisper) rüzgar türbini sadece 20 kW elektrik üretebilme kapasitesine sahip. Sessiz olmasının yanında verimli olduğu da belirtilmiş.
1.2.7. Rüzgar Enerjisi Depolama
Yeşil güç adası dünyada yaygın olarak kullanılan pompaj hidroelektrik santrallerini rüzgar türbinleri ile birlikte hibrit olarak kullanıyor. Pompaj hidroelektrik santralinin çalışma mantığı, hidroelektrik santraller suyun yerçekimi etkisinden yararlanarak enerji elde ediyorlar, pompaj hidroelektrik santrali elektrik sisteminde enerji fazlası olduğu durumlarda, fazla enerjiyi, suyu geri rezervuara basmak için kullanıyor, talep yükseldikçe alt taraftaki rezervuara geri boşaltılarak bu proses aşamasında elektrik enerjisi elde ediliyor.
1.2.8. Çok Amaçlı Deniz Aşırı Rüzgar Çiftlikleri
Deniz yosunu çiftlikleri Hollandalı ecofys firması tarafından geliştirilmiş. Deniz aşırı rüzgar türbinlerinin etrafında deniz yosunu ekilebileceği, balık yetiştirilebileceği ve bioyakıt elde edilebileceği belirtiliyor. Bu rüzgar enerjisi şimdilik sadece test aşamasında ve gelecekte enerji piyasasına aktif olarak girebilir.
1.2.9. Kambur Balina Yüzgeci Örneğinden Geliştirilen Rüzgar Türbini
Gerçekleştirilen kanat profili sayesinde düşük hızlı rüzgarın, kanadın önündeki tümsekli (tüberkül) kanallara çarpması nedeniyle kanalların rüzgar akışını ayırarak kanadın düzenlenmiş yüzeyi boyunca hızlanmasına sebep oluyor. Aynı zamanda kanadın genişliği boyunca hava hareketini ve diğer ucuna hava geçişini yavaşlatıp, böylece hava akışının kanallar içinde korunarak daha fazla rüzgarın yakalanmasını sağlıyor. Böylece klasik kanatlara göre daha yüksek enerji verimi ile çalışabiliyor ve yine klasik kanatlarda ortaya çıkan gürültü kirliliğini de önemli ölçüde azaltabiliyor. Burada kanat ve fan adı altında ifade ettiğimiz tüm çalışmalarda önemli olan bir kavram var ki, bu da “hücum açısı”dır. Tüberkül rüzgar türbin kanadı ile bu hücum açısı değerleri klasik kanatlara göre yaklaşık yüzde 40’lara varan artışların olacağı, yani kanadın daha dik konuma ulaşabileceğini gösterir. Tüberkül denilmesinin nedeni, türbinin tümsekli olarak tasarlanmasıdır.
2. SONUÇ
Eski zamanlardan beri rüzgar gücünden çok farklı şekilde yararlanılmıştır. Nüfus yoğunluğunun zaman ilerledikçe artması, enerji ihtiyacına olan ilginin artmasına da neden olmuştur. Çevreye ve canlılara zarar vermeden enerji üretebilmek için yenilenebilir enerji kaynaklarına büyük ilgi duyulmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında yer alan rüzgar enerjisi, doğal bir kaynak olması, kendini yenileyebilmesi nedeniyle dünyada ve ülkemizde en etkin şekilde kullanılan enerji türüdür. Rüzgardan daha fazla faydalanabilmek için her geçen gün geliştirilen bir teknolojidir. Rüzgar türbinleri aracılığıyla rüzgarın kinetik enerjisinden elektrik enerjisi elde etmek için rüzgarın hızı, esme sıklığı ve yönü gibi coğrafik özelliklerinin bulunması gerekmektedir. Türkiye de bu bakımdan zengin bir ülkedir. Türkiye’de bulunan toplam kurulu güç her geçen gün artmaktadır. Çevre ve canlı sağlığını da göz önüne alarak enerji ihtiyacının en verimli şekilde karşılanması gerekmektedir. Geliştirilen teknolojiler arasında pervanesiz rüzgar türbinleri, geleneksel rüzgar türbinlerine göre birçok avantajından dolayı ilgi odağı durumundadır. Bu avantajlar arasında işletme-bakım maliyetinin yarı fiyatına denk gelmesi, göç halindeki kuşlara zararının olmaması, gürültü kirliliğini ortadan kaldırması, kolay kurulabilir olması, özellikle rüzgara bağımlı olmaması yer almaktadır. Ayrıca pervaneleri olmadığı için alandan büyük tasarruf sağlanmaktadır. Bu nedenlerden dolayı pervanesiz rüzgar türbinleri dünyada etkin olarak kullanılabilir.
KAYNAKLAR
– Koç, E., Kaya, K. 2015. “Enerji Kaynakları-Yenilenebilir Enerji Durumu,” Mühendis ve Makina, cilt 56, sayı 668, s. 36-47.
– Capik, M., Yılmaz, A. O., Çavuloğlu, İ. 2012. “Present Situation and Potential Role of Renewable Energy in Turkey,” Renewable Energy, vol. 46, p. 1-13.
– Ilkılıç, C, Aydın, H. 2015. “Wind Power Potential and Usage in the Coastal Regions of Turkey,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 44, p. 78-86
– Elibüyük, U. ve Üçgül, İ., “Rüzgar Türbinleri, Çeşitleri ve Rüzgar Enerjisi Depolama Yöntemleri”, Yekarum e-Dergi, 2014
– Keleş, Ruşen & Can Hamamcı. (2002). Çevrebilim, İmge Kitabevi, Ankara
– Koçak, Saim & A. Hakan, Altun. (2003). “Enerji İhtiyacımız ve Nükleer Enerji”, Yeni ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu, TMMOB, 3-4 Ekim 2003, Kayseri, s.397-400
– Karagöl, E. ve Kavaz, İ., “Dünyada ve Türkiye’de Yenilenebilir Enerji”, Seta Dergi, Nisan 2017, sayı 197, s.7-16
– Çukurçayır M. ve Sağır H., “Enerji Sorunu, Çevre ve Alternatif Enerji Kaynakları”, 2007
– http://enerjienstitusu.com/2012/04/09/ruzgar-enerjisinin-gelecegi-8-yeni-bulus/
https://www.researchgate.net/publication/266210729_DUNYA_’DA_VE_TURKIYE_’DE_RUZGAR_ENERJISI
– http://khosann.com/ruzgar-enerjisindeturbulans-cagi-kuslari-oldurmeyen-vortexpervanesiz-ruzgar-direkleri-dogayi-koruyor/
– http://www.star.com.tr/teknoloji/kamburbalinadan-esinlenip-ruzgar-turbini-kanaditasarladilar-haber-1282114/ (2017).
