RÜZGAR ENERJİSİ
Rüzgar, yeryüzündeki farklı güneş ısısı dağılımının neden olduğu basınç ve sıcaklık farklarının dengelenmesi ile oluşan hava akımıdır. Rüzgar enerjisi, rüzgarı oluşturan hava akımının hareket (kinetik) enerjisidir.
M.Ö. 5000 yıl kadar önce rüzgar enerjisi yelkenlileri hareket ettirmede, mısır öğütmede ve sulama işleminde 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 dönüştürülmekte ve elde edilen mekanik enerji de bir jeneratör ile elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.
Rüzgar enerjisi günümüzde kullanım ve teknolojisi en hızlı gelişme gösteren yenilenebilir enerji kaynağıdır. Var olan hızlı gelişmenin en büyük sebepleri;
-
Dünyada rüzgar potansiyelinin azımsanmayacak ölçütte olması
-
Rüzgar türbin teknolojisindeki gelişmeler (tanıdık bir teknoloji olması sebebiyle),
-
Elektrik enerjisi üretim maliyetlerinin rekabet edilebilecek seviyelere gelmesi,
-
Rüzgar enerjisi çevresel etkilerinin minimum düzeyde olmasıdır.
2. Rüzgar Türbini Bileşenleri
-
Kanatlar: Sistemin hareketli elemanıdır. Kinetik enerjiyi alarak sisteme ileten parçadır. Türbinler genellikle 3 kanatlı olurlar.
-
Rotor: Kanatların bağlı olduğu kısımdır.
-
Pitch: Kanatların açı ayarıdır. Düşük veya yüksek rüzgar hızlarda enerji üretiminin devamlılığını sağlar.
-
Fren: Rotoru acil durumlarda durdurmak için kullanılan diskli, elektrikli veya hidrolik sistemdir.
-
Düşük hız dişlisi
-
Dişli kutusu: Rotorun ve jeneratörün yüksek ile düşük hız arasında geçiş yapabilmesini sağlayan parçadır.
-
Jeneratör: Mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren kısımdır.
-
Kontrol Devresi: Uygun rüzgar hızı olduğunda jeneratörün çalışmasını sağlar 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 dişli kutusu, jeneratör, kontrol devresi ve fren bulunur.
-
Yüksek hız dişlisi
-
Rota dişlisi: Yatak eksenli rüzgar jeneratörlerinde, jeneratörün rüzgara doğru dönmesini için rota motorunun kontrol ettiği dişli.
-
Rota motoru: Rota dişlisini hareket ettiren motor.
-
Kule: Rüzgar jeneratörünün bulunduğu metal yapıdır. Bu yapının yüksekliği arttıkça üretilebilecek enerjide artar.
2. Rüzgar Enerjisi Dönüşümü
-
Türbin rotoru aerodinamik olarak tasarlanmış kanatları yardımı ile rüzgar dalga enerjisinin bir kısmını yakalayarak mekanik enerjiye çevirir.
-
Düşük hızlı mekanik enerji dişli kutusu ile yüksek jeneratör hızı seviyesine çıkarılır. Eğer jeneratör yüksek kutup sayısına sahip ise dişli kutusuna ihtiyaç duyulmayabilir.
-
Yüksek dönüş hızına sahip mekanik enerji jeneratör aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürülür.
-
Tercih edilen rüzgar enerji sistemi yapısına bağlı olarak güç elektroniği üniteleri ile elektrik enerjisi farklı formlara dönüştürülebilir.
-
Transformatör ve iletim hatları aracılığı ile yerel elektrik şebekesine elektrik sayacı ve kesici üzerinden bağlanır.
2. Rüzgar Gücü
Rüzgar türbin kanatlarına çarpan ve rotorun dönmesini sağlayan bir hava kütlesi vardır. Türbinin hareketi de esen rüzgarın hızı ile değişmektedir. Bu sistemde “v” hızı ile hareket eden “m” kütlesine sahip havanın bir kinetik enerjisi olacaktır. Bu havanın meydana getirdiği kinetik enerji şu şekilde olacaktır.
Güç birim zamanda harcanan enerji olduğuna göre;
Kütlesel debinin hıza bağımlı açılımını hatırlayacak olursak;
Kütlesel debiyi güç formülüne yerleştirerek güç bağıntısını elde ederiz P:rüzgâr gücü(W) ρa:hava yoğunluğu(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 şaft 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 değeri % 40 civarındadır. Kısaca Betz limiti bir rüzgar türbininin teorik veriminin %59.26'yı aşamayacağını söyler. Güç formülünün son hali şu şekildedir;
