Rüzgarın sahip olduğu enerji nedir?
Rüzgâr Enerjisi
Yüzyıllardır dünyanın bir çok ülkesinde rüzgar enerjisinden rüzgar milleri yardımıyla su pompalama ve tane öğütme işlemlerinde yararlanılmıştır. Rüzgar millerinin bugünkü modern karşılıkları elektrik üretmek için rüzgar enerjisini kullanan rüzgar türbünleridir. Rüzgar türbünleri de rüzgâr milleri gibi enerjinin çoğunu yakalamak için bir kule üzerine monte edilir. 30 m ya da daha fazla yükseklikteki kuleler, daha hızlı ve daha az türbülanslı rüzgâr sağlar. Türbünler rüzgar enerjisini dönen kanatları ile yakalar. Ekseriya bir rotor için bir şaft üzerine iki yada üç kanat monte edilir. Bir kanat bir uçak kanadı gibi davranır. Rüzgar estiği zaman aşağıdaki kanatın alt ucunda düşük basınçlı bir hava paketi oluşur. Sonra düşük basınçlı hava paketi üst kanatı kendine doğru çeker, böylece rotorun dönmesi gerçekleşir. Buna kaldırma denilir. Kaldırma kuvveti, türbin kanatlarına önden çarpan rüzgâr
kuvvetinden daha fazladır. Buna sürüklenme denir. Kaldırma ve sürüklenme birlikte rotorun bir pervane gibi dönmesine sebep olur. Dönen şaft elektrik üretmek için bir jeneratörü döndürür. Rüzgar türbünleri tek başına uygulamalar olarak kullanılır, ya da bir güç noktasına bağlıdır, veya bir fotovoltaik sistemle beraberdir. Rüzgar enerjisinin kaynak kullanım ölçeği için, çok sayıda rüzgar türbünü bir rüzgar çiftliğini oluşturmak amacıyla birbirine yakın olarak inşa edilir.
Rüzgar enerjisi; rüzgardaki enerjiyi elektrik üretimi, bataryaların şarj edilmesi, su pompalanması ya da tane öğütülmesi gibi pratik amaçlar için kullanır. Rüzgar çiftliklerinde büyük, modern rüzgar türbünleri birlikte işletilerek elektrik üretilir.
Rüzgar enerjisi; rüzgardaki enerjiyi elektrik üretimi, bataryaların şarj edilmesi, su pompalanması ya da tane öğütülmesi, gibi pratik amaçlar için kullanır. Rüzgar çiftliklerinde büyük, modern rüzgar türbünleri birlikte işletilerek kullanılacak elektrik üretilir. Küçük türbünler uzaktaki kasabaların elektrik ihtiyacını karşılamak için kullanılır. Rüzgar türbünleri başlıca iki sınıfa ayrılır. Yatay eksenli türbünler ve dikey eksenli türbünler. Çoğu kırsal alanda olmak üzere eski biçimli rüzgar millerini hala görebiliriz. Rüzgar türbünleri dünyada çok sayıda uygulamalar için kullanılır. Tek bir evin elektriğini üretmek için küçük rüzgar türbünleri kullanılırken, güç gridine elektrik temin etmek için büyük çiftliklerde çok sayıda türbün kullanılır. Son 20 yılda rüzgar enerjisi araştırmalarındaki ilerlemeler rüzgarın maliyetinin dramatik şekilde düşmesine yardım etmiştir. Araştırmalar araştırma laboratuarlarında, üniversitelerde ve kullanıcı organizasyonları tarafından yürütülmüştür. Rüzgar enerjisinin yakıt kaynağı rüzgardır. Rüzgar kaynağının iyi anlaşılması bir rüzgar projesi için programının planlanmasında hayati bir adımdır. Bir rüzgar enerji projesinin performansını tahmin etmek için o yerdeki rüzgarın detaylı bilgisi gereklidir. Rüzgar enerjisi bir yeşil güç teknolojisi olarak düşünülür. Çünkü çevreye etkisi en az durumdadır. Rüzgar enerji santralleri kirlilik ya da sera gazı üretmezler. Rüzgardan üretilen enerjinin maliyeti 20 yılda %85 düşmüştür. Rüzgar enerji ekonomisini geliştirmek için halen birçok ülkede üretim teşvik kredisi kullanılmakdatır.
Küresel Isınma
Rüzgâr Enerjisi nasıl bir yerden gelir?
Tüm yenilenebilir enerji türleri (gelgit enerjisi ve jeotermal hariç) ve fosil yakıt enerjisi dahi sonuç olarak güneşten kaynaklanır. Güneş yeryüzüne saatte 100.000.000.000.000 kW enerji gönderir. Başka deyişle yeryüzü, 10 üzeri 18 watt kadar güç kazanır.
Güneşten gelen enerjinin %1-2’si rüzgâr enerjisine dönüşür. Bu, yeryüzündeki tüm bitkilerin biyolojik kütleye dönüştürdüğü enerjinin 50 – 100 katıdır.
Sıcaklık farkları hava akımını oluşturur.
Ekvator çizgisi yakınındaki bölgeler dünyanın diğer bölgelerine göre daha fazla ısınır. Bu sıcak bölgeler, kızıl ötesi fotoğraflarda sıcak renklerle (karalarda kırmızı, turuncu ve deniz yüzeyinde sarı) görünür.
Sıcak hava soğuk havadan hafiftir ve yaklaşık 10km’ye ulaşıncaya kadar gökyüzüne yükselir. Bu sıcak hava kütlesi hareket ederek Kuzey ve Güney Kutbuna yaklaşınca aşağı çöker ve ekvatora geri döner.
Coriolis Kuvveti
Dünya döndüğü için kuzey yarıküre üzerindeki her hareket, kendi konumumuza göre sağa doğru (güney yarıküre için sola) yönelir. Bu belirgin bükücü kuvvet Coriolis Kuvveti (Coriolis Force) olarak bilinir. Bu kuvveti keşfeden Fransız Matematikçi Gustave Gaspard Coriolis’in ismiyle anılmaktadır (1792 – 1843).
Kuzey yarıküre üzerinde hareket edenbir parçacığın sağa doğru döneceği pek açık görünmeyebilir. Bu olayı şöyle canlandırabiliriz:
Uç kısmı güneye doğru hareket eden bir koni düşünün ve dünyanın döndüğü gerçeğini de eklersek, koninin sanki sağa doğru kaydığını görürüz.
Coriolis Kuvveti gözle görülebilir bir olaydır. Tren yolu hatlarının bir tarafı diğerinden daha hızlı aşınır. Nehir yataklarının bir tarafı diğerinden daha derine iner (hangi taraf olduğu bulunduğumuz yarıküreye bağlıdır ve kuzey yarıkürede hareket eden bir parçacıklar sağa yönelir).
Kuzey yarıkürede rüzgâr, bir alçak basınç alanına yaklaştıkça saat yönüne ters yön alır. Güney yarıkürede ise rüzgâr, alçak basınç alanları etrafında saat yönünde döner.
Rüzgârın Gücü
Rüzgâr hızı, bir rüzgâr türbininin elektriğe çevirebileceği enerji miktarı açısından önemlidir. Rüzgârın enerji içeriği, ortalama rüzgâr hızının küpü oranında değişir. Yani rüzgâr hızı 2 katına çıkarsa, 8 kat enerji içerir.
Öyleyse, rüzgârın enerji içeriği rüzgâr hızının kübü oranında değişir. Günlük yaşamdan, bir otomobilin hızı 2 katına çıkarsa frenlemesi ve durdurulması için 4 kat enerji gerektiğini farkedebilirsiniz (Aslında bu Newton’un 2. hareket yasasıdır).
Rüzgâr türbini örneğinde, rüzgârın hızını 2 katına çıkarırsak her saniye pervaneden geçen dilim sayısını da 2 kat artar ve bu dilimlerin her biri otomobilin frenlemesi örneğinden anlaşıldığı gibi 4 kat enerji içerir.
Neden Rüzgâr Enerjisi?
Rüzgâr enerjisi günümüzde, 21. yüzyılda ve onların ötesinde ençok gelecek vadeden teknolojilerden bir tanesidir. Burada rüzgâr enerjisi üzerinde en çok sorulan sorular hakkında bazı kısa cevaplar bulacaksınız:
*Rüzgâr Enerjisi Temizdir
Rüzgâr türbinlerinden herhangi bir çevre kirliliği olmaz. Modern bir 600 kW gücündeki rüzgâr türbini ortalama bir yerde, bir yılda genellikle kömürle iletilen diğer elektrik santrallarının 1.200 ton karbondioksidinin yerine geçecektir.
20 yıllık bir işletme süresi içinde (ortalama bir yerde) bir rüzgâr türbini tarafından üretilen enerji imâlatı, bakımı, faaliyeti, demontajı ve parçalanması için gerekli olan enerjinin sekiz misli fazladır.
Başka bir deyişle, genellikle bir rüzgâr türbinini imâl etmek ve çalıştırmak için gerekli olan enerjiyi geri kazanmak için sadece iki ya da üç ay yeterli olacaktır.
*Rüzgâr Enerjisi Yoğundur
Rüzgârdaki enerji gerçekten de sürdürülebilir bir kaynaktır. Rüzgâr hiç bitmeyen bir şeydir.
Halihazırda, rüzgâr enerjisi Danimarka elektrik tüketiminin %31.1’ini karşılamakta ve bu rakkamın 2008 yılında yüzde 40 mertebesine yükselmesi beklenmektedir.
Avrupayı çevreleyen sığ denizlerin üzerindeki rüzgâr kaynakları, teori olarak Avrupa’nın kullandığı tüm elektriği birçok misli ile karşılar niteliktedir.
*Rüzgâr Enerjisi Farklıdır
Rüzgâr türbünleri boyutlar ve üretim kapasiteleri açısından çok büyümüşlerdir.
1980’lerden kalma tipik bir Danimarka malı rüzgâr türbini, 26 kW gücünde bir generatöre ve 10,5 metrelik bir pervane çapına sahiptir. Modern bir rüzgâr türbini 43 metrelik bir pervane çapına ve 600 kW gücünde bir generatöre ulaşmaktadır. Yılda 1 ile 2 milyon kW/saat enerji üretmektedir. Bu da Avrupa’da 300 ile 500 konutun yıllık elektrik tüketimine eşit bulunmaktadır. Son nesil rüzgâr türbinlerinin 1.000 – 1.500 kW generatörü ve 50 – 60 metrelik pervane çapı bulunmaktadır. Galler’in Carno bölgesinde bulunan, Avrupa’nın geniş rüzgâr türbini parkı, 20.000 konutun ihtiyacına eşit bir enerji üretmektedir.
Avrupa’da 1997 itibariyle, 3.000 MW’dan fazla rüzgâr enerjisi, beş milyon kadar kişinin elektrik ihtiyacını karşılayacak şekilde devrede bulunmaktadır.
Rüzgâr enerjisi, rüzgârı oluşturan hava akımının sahip olduğu hareket (kinetik) enerjisidir. Bu enerjinin bir bölümü yararlı olan mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürülebilir.
Rüzgârın gücünden yararlanılmaya başlanması çok eski dönemlere dayanır. Rüzgâr gücünden ilk yararlanma şekli olarak yelkenli gemiler ve yel değirmenleri gösterilebilir. Daha sonra tahıl öğütme, su pompalama, ağaç kesme işleri için de rüzgâr gücünden yararlanılmıştır. Günümüzde daha çok elektrik üretmek amacıyla kullanılmaktadır.
Fosil, nükleer ve diğer yöntemlerde atmosfere zararlı gazlar salınmakta, bu gazlar havayı ve suyu kirletmektedir. Rüzgârdan enerji elde edilmesi sırasında ise bu zararlı gazların hiçbiri atmosfere salınmaz, dolayısıyla rüzgâr enerjisi temiz bir enerjidir, yarattığı tek kirlilik gürültüdür. Pervanelerin dönerken çıkardığı sesler günümüzde büyük ölçüde azaltılmıştır.
Dünyadaki Durum
Rüzgâr gücü, dünyada kullanımı en çok artan yenilenebilir enerji kaynaklarından biri haline gelmiştir. Günümüzde dünyadaki kullanım oranının çok düşük olmasına karşılık, 2020 yılında dünya elektrik talebinin %12’sinin rüzgâr enerjisinden karşılanması için çalışmalar yapılmaktadır.
Günümüzde rüzgâr enerjisinden üretilen toplam güç 40.301 MW civarındadır. Bu güçten en fazla yararlanan ülke % 36,3’lük payıyla Almanya’dır. Almanya toplamda 14.612 MW güç üretmektedir ve Almanya’nın elektrik enerjisi ihtiyacının % 5,6’sını karşılamaktadır. Rüzgâr gücünden en çok yararlanan diğer ülkeler sırasıyla İspanya, ABD, Danimarka, Hindistan, Hollanda, İtalya, Japonya, Birleşik Krallık ve Çin’dir. Diğer tüm ülkeler toplamda 3.756 MW’lık güç üretimi ile % 9,3 paya sahiptirler.
Üstünlükleri
Atmosferi kirletici etkiye sahip gazların salınmaması,
Temiz bir enerji kaynağı olması,
Kaynağının tükenmemesi (güneş, dünya ve atmosfer olduğu sürece),
Rüzgâr tesislerinin kurulumu ve işletilmesinin diğer tesislere göre daha kolay olması,
Enerji üretim maliyetlerinin düşük olması,
Güvenilirliğinin artması,
Bölgesel olması ve dolayısıyla kişilerin kendi elektriğini üretebilmesi.
Sakıncaları
Rüzgârın sürekliliği olmadığı için enerji üretim değerinin sabit olmaması,
Rüzgâr türbinlerinin büyük alan kaplaması,
Gürültü kirliliği oluşturması
Fosil ve nükleer yakıtlardan elde edilen enerjiye oranla enerji üretiminin düşük olması
Yatırım maliyetlerinin yüksek olması,
Kullanım ömrü dolan kompozit parçaların doğada geri dönüştürülmesinin mümkün olmaması.
Diğer tip enerji üretim tesislerine göre daha fazla dinamik parça barındırması, dolayısıyla işletme risklerinin daha fazla olması
Rüzgâr Türbünleri
Rüzgâr türbünleri, rüzgârdaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bir rüzgâr türbini genel olarak kule, jeneratör, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve pervaneden oluşur. Rüzgârın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Pervane milinin devir hareketi hızlandırılarak gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya doğrudan alıcılara ulaştırılır.
Kullanımdaki rüzgâr türbünleri boyut ve tip olarak çeşitlilik gösterse de, genelde dönme eksenine göre sınıflandırılır. Rüzgâr türbünleri dönme eksenine göre “Yatay Eksenli Rüzgâr Türbünleri” (YERT) ve “Düşey Eksenli Rüzgâr Türbünleri” (DERT) olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar.
