RÜZGAR ENERJÄ°SÄ°
Rüzgar, yeryüzündeki farklı güneÅŸ ısısı dağılımının neden olduÄŸu basınç ve sıcaklık farklarının dengelenmesi ile oluÅŸan hava akımıdır. Rüzgar enerjisi, rüzgarı oluÅŸturan hava akımının hareket (kinetik) enerjisidir.
​
M.Ö. 5000 yıl kadar önce rüzgar enerjisi yelkenlileri hareket ettirmede, mısır öÄŸütmede ve sulama iÅŸleminde kullanılmıştır. Günümüzde daha çok rüzgar enerjisi elektrik üretimi amaçlı kullanılmakta. Elektrik enerjisi elde etmek amacıyla, hareketli havanın bünyesindeki kinetik enerji bir eksen etrafında dönen kanatlar vasıtasıyla mekanik enerjiye dönüÅŸtürülmekte ve elde edilen mekanik enerji de bir jeneratör ile elektrik enerjisine dönüÅŸtürülmektedir.
Rüzgar enerjisi günümüzde kullanım ve teknolojisi en hızlı geliÅŸme gösteren yenilenebilir enerji kaynağıdır. Var olan hızlı geliÅŸmenin en büyük sebepleri;
​
-
Dünyada rüzgar potansiyelinin azımsanmayacak ölçütte olması
-
Rüzgar türbin teknolojisindeki geliÅŸmeler (tanıdık bir teknoloji olması sebebiyle),
-
Elektrik enerjisi üretim maliyetlerinin rekabet edilebilecek seviyelere gelmesi,
-
Rüzgar enerjisi çevresel etkilerinin minimum düzeyde olmasıdır.
2. Rüzgar Türbini BileÅŸenleri
-
Kanatlar: Sistemin hareketli elemanıdır. Kinetik enerjiyi alarak sisteme ileten parçadır. Türbinler genellikle 3 kanatlı olurlar.
-
Rotor: Kanatların bağlı olduğu kısımdır.
-
Pitch: Kanatların açı ayarıdır. DüÅŸük veya yüksek rüzgar hızlarda enerji üretiminin devamlılığını saÄŸlar.
-
Fren: Rotoru acil durumlarda durdurmak için kullanılan diskli, elektrikli veya hidrolik sistemdir.
-
DüÅŸük hız diÅŸlisi
-
DiÅŸli kutusu: Rotorun ve jeneratörün yüksek ile düÅŸük hız arasında geçiÅŸ yapabilmesini saÄŸlayan parçadır.
-
Jeneratör: Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüÅŸtüren kısımdır.
-
Kontrol Devresi: Uygun rüzgar hızı olduÄŸunda jeneratörün çalışmasını saÄŸlar ve yüksek hızlarda zarar görmemesi için jeneratörü kapatır
-
Anemometre: Rüzgarın hızını ölçüp kontrol devresine ileten parça.
-
Rüzgar gülü: Rüzgarın yönünü belirleyip ve rota belirleyiciye iletir.
-
Nasel: Rotor bu kısıma montedir. Bu kısımda diÅŸli kutusu, jeneratör, kontrol devresi ve fren bulunur.
-
Yüksek hız diÅŸlisi
-
Rota diÅŸlisi: Yatak eksenli rüzgar jeneratörlerinde, jeneratörün rüzgara doÄŸru dönmesini için rota motorunun kontrol ettiÄŸi diÅŸli.
-
Rota motoru: Rota diÅŸlisini hareket ettiren motor.
-
Kule: Rüzgar jeneratörünün bulunduÄŸu metal yapıdır. Bu yapının yüksekliÄŸi arttıkça üretilebilecek enerjide artar.
2. Rüzgar Enerjisi DönüÅŸümü
-
Türbin rotoru aerodinamik olarak tasarlanmış kanatları yardımı ile rüzgar dalga enerjisinin bir kısmını yakalayarak mekanik enerjiye çevirir.
-
DüÅŸük hızlı mekanik enerji diÅŸli kutusu ile yüksek jeneratör hızı seviyesine çıkarılır. EÄŸer jeneratör yüksek kutup sayısına sahip ise diÅŸli kutusuna ihtiyaç duyulmayabilir.
-
Yüksek dönüÅŸ hızına sahip mekanik enerji jeneratör aracılığıyla elektrik enerjisine dönüÅŸtürülür.
-
Tercih edilen rüzgar enerji sistemi yapısına baÄŸlı olarak güç elektroniÄŸi üniteleri ile elektrik enerjisi farklı formlara dönüÅŸtürülebilir.
-
Transformatör ve iletim hatları aracılığı ile yerel elektrik ÅŸebekesine elektrik sayacı ve kesici üzerinden baÄŸlanır.
2. Rüzgar Gücü
Rüzgar türbin kanatlarına çarpan ve rotorun dönmesini saÄŸlayan bir hava kütlesi vardır. Türbinin hareketi de esen rüzgarın hızı ile deÄŸiÅŸmektedir. Bu sistemde “v” hızı ile hareket eden “m” kütlesine sahip havanın bir kinetik enerjisi olacaktır. Bu havanın meydana getirdiÄŸi kinetik enerji ÅŸu ÅŸekilde olacaktır.
Güç birim zamanda harcanan enerji olduÄŸuna göre;
Kütlesel debinin hıza bağımlı açılımını hatırlayacak olursak;
Kütlesel debiyi güç formülüne yerleÅŸtirerek güç bağıntısını elde ederiz P:rüzgâr gücü(W) ρa:hava yoÄŸunluÄŸu(kg/m3) V:rüzgâr hızı(m/s) A:rotor süpürme alanı(m2);
Türbinler için rüzgar gücü hesaplamasında bu bağıntıya bir de güç faktörü olarak adlandırılan Betz limiti eklenir. Betz limiti (güç faktörü, Cp) elde edilen ÅŸaft gücünün rüzgar türbinine gelen rüzgar gücüne oranı olarak tanımlanır. Güç faktörü maksimum %59,26 olmaktadır. Günümüz teknolojisi kullanılarak iyi tasarlanmış ideal bir rüzgar türbini için Cp deÄŸeri % 40 civarındadır. Kısaca Betz limiti bir rüzgar türbininin teorik veriminin %59.26'yı aÅŸamayacağını söyler. Güç formülünün son hali ÅŸu ÅŸekildedir;
