You Are Here: Home » Genel » Rüzgar enerjisini anlamak

Rüzgar enerjisini anlamak

Fosil yakıtların azalmasıyla yenilenebilir enerji kaynakları günden güne önem kazanıyor. Ancak mesele sadece fosil yakıtların azalması değil. Bu kaynaklar sanayi devriminden beri çevreyi sürekli kirletiyorlar. Bu sebeple günümüzde güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir ve temiz enerji kaynakları üzerinde yapılan bilimsel ve teknolojik çalışmalar, enerji konusunda birinci öncelik haline geldi.

Jeotermal, dalga ve nükleer enerji haricindeki diğer yenilenebilir enerji kaynakları, doğrudan ya da dolaylı bir şekilde enerjisini güneşten sağlıyor. Bunlar arasında en ucuzu ve en verimlisi olan rüzgar enerjisi, gelişen teknoloji ile birlikte günlük hayatımızda artık daha çok yer buluyor. Güneş, dünya yüzeyine 174.000 TW/sa enerji aktarıyor. Bu enerjinin yaklaşık % 1-2’si ise rüzgar enerjisine dönüşüyor.

Bir rüzgar santrali

Rüzgar Enerjisi Nedir?

Rüzgar, hava kütlelerinin atmosfer üzerinde yer değiştirmelerinden başka bir şey değildir. Bu yer değişikliğinin sebebi, hava kütlelerinin sahip olduğu basınç farkıdır. Hava ısındıkça yükselir, soğudukça alçalır. Bu ısınma ve soğumaların asıl sebebi ise güneştir. Rüzgarın oluşmasını sağlayan bir diğer olay da coriolis kuvvetidir. Dönen yer kürenin yüzeyi üzerinde hareket eden hava, kuzey yarım kürede hareket yönünün sağına, güney yarım kürede soluna saptırır. Bu saptırma gücüne coriolis kuvveti denir.

Rüzgar, güneşin dünyayı düzensiz bir şekilde ısıtması sonucu oluşur. Bu düzensizliğin sebebi dünya yüzeyinin engebeli olması, karadan ve denizden oluşmasıdır. Kara ve deniz, güneşin yaydığı ısıyı farklı seviyelerde absorbe  eder. Rüzgar kara yüzeyinde yavaşlar çünkü bitki örtüsü, orman, dağlık alanlar gibi doğa yüzeylerinde sürtünme yüzeyi oldukça fazladır. Bu sebeple yüksek seviyelerde rüzgar daha hızlı eser. Denizde ise sürtünme yüzeyi olmadığı için rüzgar daha kuvvetli eser.

Rüzgardan elde edilen güç ve enerji

Rüzgar türbinleri, rüzgarın kinetik enerjisini kanatları yardımı ile alır. Uçak kanadı şeklinde yapılmış olan kanatlar, rüzgarın etkisi ile dönerler. Bu dönme hareketi bir mil ile generatöre aktarılır ve elektrik üretilir. Böylece rüzgarın kinetik enerjisi elektrik enerjisine çevrilmiş olur.

Bir A alanından t zamanda geçen rüzgarın enerjisi, aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir:

E = \frac{1}{2}mv^2 = \frac{1}{2}(Avt\rho)v^2 = \frac{1}{2}At\rho v^3,

Burada;

v: Rüzgarın hızı [m/s], 

ρ: Rüzgarın taşıdığı havanın yoğunluğu [kg/m³], 

Avt: A alanından t süresince geçen havanın hacmi [m³], (A alanı, rüzgar yönüne diktir)

Avtρ: A alanından t süresince geçen havanın kütlesi [kg],

Güç, birim zamanda harcanan enerjidir. Bu durumda rüzgarın gücü aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır:

P = \frac{E}{t} = \frac{1}{2}A\rho v^3.

Bu bağıntıya göre rüzgardan elde edilecek gücün bağlı olduğu parametreleri inceleyelim:

Rüzgar hızı

Bağıntıya göre rüzgarın gücü, hızın küpü ile orantılıdır. Bu durumda rüzgar hızının 2 katı artması durumunda rüzgardan elde edilecek güç 8 kat artacaktır. Bu sebeple, türbinin yüksek rüzgar hızlarına karşı mekanik dayanıklılığının sağlanması koşulu ile mümkün olduğunca yüksek rüzgar hızları tercih edilir. Yüzeyden yukarıya gidildikçe rüzgar hızları artar ancak yüksek türbin boyları maliyetleri arttırır. Sürtünmenin az olduğu, dolayısıyla rüzgar hızlarının yüksek olduğu off shore (deniz üstü) türbinlerde ise kurulum zordur ve maliyetleri yüksektir.

Bir offshore rüzgar santrali

Türbin kanatlarının süpürdüğü alan

Aynı rüzgar hacmi için türbin kanatları ne kadar geniş bir alanı süpürürse o kadar fazla güç elde edilmiş olur. Rotor kanatlarının boyu iki kat arttırılırsa, rüzgardan elde edilecek güç 4 kat artar. Ancak türbin kanatlarının uzunluğu arttıkça sistemin mekanik yükü artar, bu da maliyetleri arttırır.

Havanın yoğunluğu

Hava yoğunluğu arttıkça elde edilecek güç de artar. Yoğun hava, ağırlığından dolayı yer yüzeyine yakındır ancak kara yüzeyindeki sürtünmeden dolayı hava hızı nispeten düşük olacaktır. Offshore santrallerde bu ilke işe yarar, çünkü deniz yüzeyinde sürtünme olmadığı için rüzgar hızı yüksek olur.

Yukarıdaki bağıntı bize rüzgar gücünün fiziksel parametrelerini vermesine rağmen gerçekte elde edilen güç daha azdır ve kullanılan generatör tipi, kanat tasarımı gibi bazı fiziksel kayıplara bağlıdır. 1919 yılında Alman fizikçi Albert Betz tarafından ortaya atılan Betz kanununa göre bir rüzgar türbininden elde edilecek maksimum güç, fiziksel gücünün % 59.3’ü oranındadır. Gerçek uygulamada ise bu oran % 30 ile % 45 arasında değişir. Buna göre rüzgarın gerçek gücü aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır:

wind energy and air volume

Burada Cp, türbinin performans katsayısını ifade eder.

 

Comments (2)

  • berdan yıldırım

    Gayet güzel bir paylaşım olmuş. Kısaca ve basitçe rüzgar enerjisi özetlenmiş.Elinize sağlık.
    Fakat yazı içerisinde geçen bir iki noktaya ilave yapmak istiyorum.Rüzgar hızının yukarılara çıktıkça arttığı ve bununda rüzgardan elde edilen gücün artmasına işaret olduğu doğrudur.O zaman niçin daha yüksek türbinler yapılmıyor sorusuna cevabımız yazıda olduğu gibi sadece maliyetin yüksek oluşu değildir.Dünyadaki büyük rüzgar oyuncuları mesela VESTAS, ENERCON, GAMESA, GE, SIEMENS gibi firmalar bu uğurda hiç düşünmeden milyar dolarları bile harcayabilecek durumdalar ve bunu kendileri de zaten deklare etmektedirler.Ne yazıkki hepsinin kabul ettiği bir gerçek var ki kara yüzeyinde kullanılacak türbinler için belirli bir gücün üstüne çıkmanın yolunu teknolojik olarak daha bulamadılar.Para harcıyorlar şu an ama halen o mekanik stresi azaltabilecek ve aerodinamik dengeyi kurabilecek teknolojiye ulaşamadılar. En son Vestas ve Gamesa firmaları ardı ardına 4,5 ve 6MW’lık türbinlerin lansmanlarını yaptılar ve hatta GAMESA piyasaya türbinlerini sürdü bile. Burada santral yatırımcılarının ve dolaylı olarak türbin üreticilerin karşısına aşamayacakları bazı engeller çıktı. Bunlardan birincisi DÜNYA KUŞ ÖRGÜTÜ ikincisi ise ülkelerin SİLAHLI KUVVETLERİ. Türbin boyları belirli bir mesafeyi geçtikten sonra kuşlar için açık bir tehlike haline geliyor. 130-140 metrelere ulaşan kule boylarına kuş örgütleri şiddetle karşı çıkmaktadır. Hatta bu uğurda Amerika ve Almanya da birçok santralin lisansları iptal edilmiştir. İkinci engel olarak söylediğimiz silahlı kuvvetlerde ise işin boyutu biraz daha farklı.Hareketli birer cisim olarak algılanan türbinler radar sistemlerini bazen felce uğratabiliyor. Gerçi dünyada birçok firma artık radar etkileri ve aviation konusunda güzel çözümler üretebildi ama türbin boyları arttıkça bu çözümlerinde yenisi gerekmektedir. Bu konularda da yine dünyada bir çok ülkede ordu tarafından iptal ettirilen rüzgar yatırımları mevcuttur.ileride bununla alakalı hem sorun olan yerleri hemde çözümlerini paylaşacağım.

    Kısacası gelişim için sadece maliyetler değil bir çok etkende bazen set teşkil edebiliyor.Rüzgar gibi ‘HAVADAN PARA KAZANILAN:)’ bir sektörde türbinin boyunu arttırmak maliyetli olabilir ama onun geri dönüşü o maliyetten kat ve kat daha fazla olur.Bu yüzden gerçek rüzgar yatırımcıları ve üreticileri maliyetten kolay kolay korkmazlar.
    Teşekkürler,

    Cevapla

Leave a Comment

© 2011 elektrikmedya.com

Scroll to top